3-D Skrivare. Individuellt arbete, produktutveckling 3. 1,5 högskolepoäng, avancerad nivå. Produkt- och processutveckling

Transkript

1 Akademin för Innovation, Design och Teknik 3-D Skrivare Individuellt arbete, produktutveckling 3 1,5 högskolepoäng, avancerad nivå Produkt- och processutveckling Innovation och produktdesign Mikael Knutsson Inlämningsdatum: Examinator: Rolf Lövgren

2 Innehållsförteckning Inledning Bakgrund Processen D skrivaren Materialet Personliga reflektioner Slutsats... 7 Referenser... 1

3 Inledning I kursen KPP039 Produktutveckling 3 ingår det ett individuellt delmoment i vilket en fördjupning inom ett valfritt ämne resulterar i ett PM. Detta PM besvarar frågorna vad är, hur och varför man använder sig av 3-D skrivare. Författarens egna slutsatser och erfarenheter poängteras som personliga reflektioner. Som formgivare, industridesigner eller andra liknande yrkesgrupper som på ett kostnadseffektivt sätt ska visa upp en form eller funktion är en 3-D skrivare ett mycket effektivt verktyg. Det går att på ett billigt och snabbt sätt ta fram de mest komplicerade former. Detta gör att kunden i ett tidigt stadium i en produktutvecklingsprocess får en fysisk modell att förhålla sig till. Att man i ett tidigt stadium kan ta fram en billig modell gör att eventuella ändringar kan göras tidigt i processen vilket ger stora ekonomiska vinster. 1

4 1. Bakgrund Modell och prototypframtagning är ett verktyg som har utvecklats enormt de senaste decennierna. Från att ha byggt alla modeller förhand i lättarbetade material som lera, trä eller plast kan man nu på ett mycket tidseffektivt sätt ta fram modeller och i vissa fall testbara prototyper i plast med hjälp av en 3-D skrivare eller som det också kan benämnas: Rapid Prototyping. Det finns två typer av 3d skrivare. I den enklare varianten sprutar maskinen ut en smält plasttråd i valbar tjocklek i många lager. Tråden stelnar snabbt. Ett stödmaterial läggs också på detaljen för att det ska gå att bygga in hål mm. Den mer avancerade varianten lägger ut ett pulver som med hjälp av vätska härdar där den är programmerad att göra detta. Den första kommersiella 3-D skrivaren kom ut på marknaden Sedan dess har mycket hänt och dagens maskiner kan skriva ut sammansatta delar i olika färger och även skriva ut FEM-beräkningar där man kan studera belastningar, värmespridning, spänningar och deformationer. 2

5 2. Processen Själva processen att gå från idé till färdig modell med hjälp av en 3-D skrivare kan se ut som följer: CAD-modell ritas i 3-D program Omvandling i CAM där kördata läggs in Överföring till 3-D skrivarens programvara Rätt material och färg väljs i maskinen Modellen körs och kommer ut klar. Eventuellt efterarbete återstår. Som tabellen visar är det en relativt okomplicerad process att framsälla en modell med hjälp av en 3-D skrivare. Själva Cad filen skapas i ett 3-D program exempelvis Solid Works, CATIA eller Autocad. Denna omvandlas sedan med hjälp av ett CAM program där operatören lägger in på vilket sätt detaljen ska byggas upp. Dessa kördata styr hur maskinen ska röra sig i x/y/z led samt vilken riktning den ska ligga på i maskinen. Höga smala detaljer bör ligga ned. Det är också möjligt att skriva ut negativet till en modell, det vill säga en gjutform. Beroende på materialval i formen kan det till och med gå att gjuta direkt i aluminium. Det efterarbete som kan krävas beror på vilken finish man önskar. Med spackling och lackning kan man få modellen att se ut som autentisk detalj. 3

6 2.1 3-D skrivaren Maskinen i sig består av ett bord som kan röra sig i z-led. På bordet placeras en skumplatta som bas för detaljens uppbyggnad. I den enklare varianten ligger vanligtvis plastmaterialet för detaljbyggandet i kassetter som tråden dras ur och matas in i smälthuvudet som rör sig i x/y-led. Det smälta materialet fördelas sedan ut genom två olika munstycken. Ett för byggmaterialet och ett för supportmaterialet. Maskinen bör användas med varsamhet då smälthuvudet blir mycket varmt ca 270 C. I de lite mer avancerade modellerna läggs en större mängd pulver ut som härdas på utvalda ställen. Antingen med vätska eller UV-ljus. Allt pulveröverskott återanvänds så länge man producerar detaljer i en färg. Material och färg kan väljas utefter önskemål om hållfasthet och utseende. 4

7 3. Materialet Som tabellen nedan visar ger de olika materialen olika önskade effekter. Tabellen visar även vilka metoder som ger de olika resultaten. Priset skiljer kraftigt mellan de olika materialen men med de korta framställningstiderna är det ändå kostnadseffektivt. 5

8 4. Personliga reflektioner 3-D skrivaren ger näst intill oändliga möjligheter att ta fram modeller och prototyper. Jag har själv använt Mälardalens Högskolas 3-d skrivare ett antal gånger och anser att det är ett fantastiskt verktyg. Det ger möjligheterna att på en detaljerad nivå visa en tänkt form på en produkt. Man kan också göra nya delar till befintliga produkter i ett förbättringsarbete. Exempelvis nya handtag om man vill testa ny, förbättrad ergonomisk utformning. Det kan tänkas att man vill känna hur detaljen känns i handen för att på så sätt veta hur den bör förändras i 3d modellen i CAD. Det är också en stor fördel att få en fysisk modell då storleksuppfattning kan vara mycket svårt på en dataskärm. I kursen KPP039 Produktutveckling 3 tog gruppen fram en modell av en stoppring i 3d skrivare som sedan spacklades och lackades med resultatet att det såg ut som en autentisk detalj. Stoppringens funktion och passform gick att analysera. Den är dock inte testbar för belastning då den ska tåla en belastning på 10 kn. Stoppringen ska tillverkas i aducerjärn vid eventuell prototypframtagning och produktion. Modellen besvarade dock många av våra frågor om utformning och funktion. Huvudanledningen till att vi valde att tillverka modellen i 3d skrivaren var att vi skulle spara mycket tid mot att fräsa ut den ur ett plaststycke. 6

9 5. Slutsats Jag tycker att 3d skrivare absolut tillhör framtiden som modellframtagningsverktyg. Speciellt med ny teknik i åtanke. Med hjälp av en 3d scanner kan man läsa av en form, förändra den i ett CAD program och skriva ut en ny detalj med förändringar/förbättringar. Det går till och med att skriva ut assemblys, det vill säga sammansatta delar från ett CAD program. Rörliga sammansatta delar går också att skriva ut. Maskinerna kan också användas för småskalig tillverkning av detaljer. Detta gör att användningsområdet för en 3d skrivare i det närmaste är obegränsat. Det är bara fantasin som sätter gränserna. Det kan vara ovärderligt att kunna presentera en modell av en detalj som ser ut som färdig produkt för kunden. Detta utan att lägga ner onödig tid, kostnad och energi på andra modelltillverkningsmetoder. 7

10 Referenser Z CORPORATION: ( ) Your Dictionary: ( ) Engineer live: Engineer/Computer_Systems/Versatile_3D_printing_broadens_its_appeal/23201/ ( )