Metall 3D Skrivare - Guide om allt inom 3D printing med metall - 2019

Metall 3D-Skrivare har blivit alltmer populära på senare tid. En av nledningarna är att metall-utskrifter i 3D är överlägset mer kostnadseffektivt, resurseffektivt och även tidseffektivt.

Föreställ er att ni kan skriva ut i alla olika metall-material (Allt från rostfritt stål och aluminium till rent järn eller ädla metaller såsom guld).
Man skulle kunna skapa miniatyrer, statyer, smycken, funktionella delar, köksredskap, prototyper, avancerad maskin-utrustning med mycket mera.

3D utskrivna metall objekt är med dagens teknologier lika bra, om inte bättre än, de traditionellt skapade metall objekten.
I traditionell tillverkning får man oftast mycket slöseri med material, beroende på teknik. Olika tekniker ger självklart olika effektivitet, men som exempel så är det mycket ofta en metall-plåt som används för att stansa eller fräsa ur ifrån.
Föreställ er mängden överblivet material om man har en plåt av storleken 100cm X 100cm och skall stansa ut cirklar ur denna. Självklart kan man återvinna mycket av det, men även återvinningen tar resurser.

Vill du först läsa på om vanliga 3D skrivare?

Läs på i vår kompletta guide om 3D skrivare för att bland annat förstå tekniken, hur 3D-printers fungerar, vilka förkunskaper som behövs, vad de olika stegen är vid en 3D utskrift, och mycket mer.

Vad är en metall 3D skrivare?

3D skrivare för metall är en maskin som kan skapa objekt av metall från design-filer, oftast från ett CAD program. Det finns olika typer av skrivare för metaller, och de använder olika tekniker. Vi går igenom dessa tekniker längre ner.

Dessa typer av 3D skrivare är oftast kostsamma, och är i dagsläget inget en privatperson brukar ge sig på för hemmabruk.
Dock finns det Filament som ger illusionen av metall i 3D utskriften. Dessa metall-filament är i grunden plast, med tillsatser av metaller för att få en lite metallisk look. Mer om metall-filament kan du läsa längre ner, där vi går igenom materialen.

Vad används metall 3D skrivare till?

I dagsläget används denna teknologi mycket i industrier som har höga krav på precision, vikt, effektivitet med mera. Exempelvis är det mycket svårt att tillverka komplexa delar traditionellt, men med en 3D skrivare som klarar metall blir det enkelt.

Man använder även dessa maskiner när man vill skapa optimala 3D-utskrifter i metall vad gäller vikt och struktur, då man dimensionerar exakt det man behöver och ej mer därtill. På så sätt slösar man inte bort material.

Exempel på områden som utnyttjar metall 3D-printing

• Medicinska implantat
  

  Detta område är stort eftersom oftast är varje implantat skräddarsytt, och det blir därmed effektivare med 3D skrivning.

• Juveler och smycken
  

  Detta område växer även, då man kan skapa fina geometriska former relativt lätt med denna teknik.

• Aerospace
  

  Här blir det även mer effektivt med 3D objekt i metall för att spara tid, vikt, och komplexitet.

• Automotive
  

  Här börjar det komma igång med metall 3D utskrivning, också av samma anledningar som Aerospace och flyg.

Metall 3D skrivare för automotive

Fördelar och nackdelar med dessa maskiner?

+ Enkelt att skapa komplexa objekt.
+ Optimal vikt och struktur, inget slöseri med material.
+ Tidseffektivt.
- Material och personalkostnader är höga med denna teknik, och enkla föremål är därmed billigare med traditionell teknik.
- Byggstorleken för metall 3D-skrivare är oftast en variabel som begränsar dess användning.
- Redan existerande design och modeller kan inte alltid appliceras på en 3D skrivare utan stora modifieringar, vilket medför kostnader och förhinder att gå vidare till denna teknologi.

Hur fungerar metall 3D Skrivare - Teknikerna

Dessa 3D skrivare som skriver ut metall objekt fungerar i princip enligt samma process som de andra 3D skrivarna, nämligen att lager på lager byggs upp tills man har ett färdigt objekt. Dessa maskiner fungerar enligt olika processer, som finns förklarade mer i detalj nedan.

Hur fungerar SLS metall 3D Skrivare (DMLS / SLM)

Direct metal laser sintering (DMLS), eller selective laser sintering (SLS) / selective laser melting (SLM) är en teknik som metall 3D skrivare använder som blir alltmer vanlig och nog en av de vanligaste inom industrier. Denna metod fungerar som så att en energi-källa (laser eller annan form av stråle) smälter och härdar ett råmaterial som oftast är i pulver-form (finkorniga runda pulver-partiklar).

Vad är skillnaden mellan Selective Laser Sintering (SLS) och Selective Laser Melting (SLM)?

SLS 3D-skrivare sintrar, dvs att de värmer pulvret tillräckligt för att uppnå en bindande effekt, så att partiklarna kan sintras ihop till en form. SLM smälter, det vill säga att den går ännu längre i uppvärmningen tills pulvret är smält och antar en hel form. Som ni förstår kan man därför med SLS kontrollera porositeten hos objektet.

Hur fungerar Directed Energy Deposition (DED / LMB)

DED 3D-trycktekniken (Directed Energy Deposition), även känd som Direct Energy Deposition, skapar delar genom att sammansätta/smälta råmaterialet och bygga upp 3D modellen lager för lager.
Denna metod kallas ibland även för Laser Metal Deposition (LMB).

Dessa metall 3d-skrivare fungerar genom att sammansätta/smälta ett råmaterial som finns i antingen pulverform eller tråd form. Andra populära namn för DED är ”laser engineered net shaping”, ”directed light fabrication”, ”direct metal deposition”, ”Laser Deposition Welding” (LDW) och ”3D laser cladding”.

DED teknologin kommer i många olika varu-namn och patent/specifika tekniker, vi går igenom några vanliga nedan.
LENS, LMD-p är två tekniker som använder pulver som råmaterial, medans EBAM och LMD-w använder tråd/wire som råmaterial.

LENS metall 3D-utskrivning

Denna 3D printing metod jobbar alltså under processen DED, och fungerar som så att den tillsätter ett pulver som råmaterial, som är exempelvis metall, legering, keramik eller komposit i grunden. Hela utskrivningen måste ske i en förseglad kammare som kontrollerar fuktnivåer m.m. Detta för att ha en hög puritet.

EBAM 3D skrivare för metall

Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM) är en teknik som används främst för att skapa stora konstruktioner. Denna metod fungerar genom tråd-matning av råmaterialet. Tråden är vanligen 3mm tjockt och ofta av titanium. Tekniken för EBAM är väl sofistikerad och inte alla organisationer har tillåtelse att använda den. Den tillämpas bl.a. idag inom militär, forskning, aerospace, olje och havs applikationer.

EBM 3D printing

Electron beam melting är en annan teknik som kan ta både pulver eller tråd som råmaterial. Det som skiljer denna teknik åt från de andra är att man värmer råmaterialet med hjälp av elektromagnetism i ett vakuum.

Cold Spray Metal 3D-Printing

Denna teknik innebär att partiklar av metallpulver skjuts iväg med en höghastighets gasstråle. Partiklarna avfyras mot ett substratskikt och beter sig som en vätska vid träff, genom en process som kallas plastisk deformation. Efter att de har träffats kyls partiklarna snabbt och bildar ett föremål eller 3D objekt i metall.
NASA har använt denna metod i rymden.

Binder Jetting 3D-tryck teknik

Binder Jetting< är processen att binda pulvret med hjälp av ett så kallat bindningsmedel. Bindningsmedlet droppas ofta ner på pulvret tills det är helt bundet.
Processen används av bl.a. ExOne.

Efter att det är ihop-limmat av bindningsmedlet så behöver man termiskt behandla objektet för att få bort bindningsmedlet och därmed återstår enbart ett 3D utskrivet metall-objekt. Binder Jetting brukar sägas vara upp till flera gånger mer kostnadseffektivt jämfört mot andra 3D utskrivnings-metoder för metall. Denna metod för att skriva ut metall 3D objekt brukar ge objektet lite lägre mekaniska egenskaper jämfört med SLS/SLM och de andra. Det är även väldigt svårt att få detaljrika objekt med denna metod.

Vilka material eller metaller används?

Materialen eller metallerna som kan användas beror självklart på vilken typ av teknologi som 3D skrivaren utnyttjar, eller jobbar efter. Det finns många olika metaller att använda, och metaller har många egenskaper som är viktiga, speciellt för industriella produktioner, där det ställs noggranna krav på parametrar såsom hållfasthet, töjning, drag, brottöjning, utmattningsgräns, densitet för att nämna några.
Vi går igenom de vanligaste materialen / metallerna för 3D-printers nedan.

Titanium

Ren titan (Ti64 eller TiAl4V) är ett av de vanligaste materialen för 3D skrivare till metall. Detta är för att Titan har en hög styrka och ljushet, vilket gör den mångsidig att användas i många applikationer. Titan är även korrosionsfritt, vilket innebär att denna metall blir ännu mer fördelaktig. Det expanderar inte heller lika mycket som många andra metaller vid hög värme. Detta material kommer i pulverform vilket gör att den fungerar med de flesta vanligaste 3D skrivarna för metall, men fungerar även med Binder Jetting metoden.

Främst används detta material inom medicin, flygindustri, bilindustri och verkstadsindustri. En nackdel är dock att detta material kan explodera, vilket är anledningen till att man skriver ut Titan i vakuum-kammare eller argongas-atmosfär.

Rostfritt Stål

Rostfritt stål är ett av de mest prisvärda materialen för metall 3D-utskrift. Det kan användas i många olika applikationer då det är mycket starkt. Rostfritt stål är väldigt populärt inom industrier, då det innehåller kobolt och nickel, vilket ger den något elastiska egenskaper även.

Inconel

Inconel är en metall som har väldigt bra korrosionsegenskaper. Metallen är främst gjort på nickel och krom, och tål extremt höga temperaturer (upp till 1200 grader C), vilket gör att detta material används mycket inom olja och kemi, samt rymdindustrin.

Aluminium

På grund av sin lätthet, är aluminium en mycket populär metall för 3D-skrivare. Generellt sett är aluminium ett starkt och lätt material med bra värmeegenskaper. Aluminium är även elektriskt konduktivt, vilket ger den många tillämpningar. Den är ofta utskriven med DMLS 3D skrivare. Som ni vet så används aluminium i princip överallt inom industrin.

Kobolt Krom

Denna metall används ofta för att 3D-trycka turbiner, implantat och ortopediska varor, med mera. Detta eftersom metallen har en mycket hög styrka. Detta material är väldigt stress-beständigt och klarar av slitage även under höga temperaturer.

Koppar och Brons

Dessa metaller är mer använda inom design, skultpurer, modeller, och artistiska objekt. Metallerna är för dyra och har för dåliga egenskaper för att användas inom industrin.

Ädla metaller / Guld, Silver

Dessa typer av metaller är främst för att användas till smycken och juveler. De flesta 3D skrivare som använder pulver råmaterial för metall utskrivning kan även skriva ut med dessa ädelmetaller.

Metall filament för "vanliga" 3D skrivare

Ni kan även skriva ut 3D objekt från er vanliga FFF (FDM) 3D skrivare< som har inslag av metall, nämligen med metall-filament.

Dessa filament är i grunden plast med tillsatser av olika metaller, för att ge ett utseende, vikt, och känsla av metall på 3D utskriften.
Oftast är det en ratio på 50% plast och 50% metall i dessa filament, men det finns även filament-tillverkare som hävdar att de har en ratio på 85% metall och 15% plast.

Metall filament smälts alltså i 3D skrivarens munstycke, precis som plast-filament, medans objektet byggs upp lager på lager.
Vill du lära dig mer om hur dessa 3D skrivare fungerar, läs på i vår guide om vanliga 3D skrivare då.

Det är värt att nämna att dessa typer av filament även tär på munstycket och kan kräva lite starkare komponenter i er hemmabruks 3D skrivare.

Några vanliga varumärken är ColorFabb, ProtoPasta och TreeD Filaments som säljer dessa typer av filament.

Anpassa er "vanliga" 3D skrivare för att skriva ut i metall

Kan man skriva ut i metall med sin vanliga 3D skrivare?
Det är en fråga vi ofta får.

För att anpassa sin hemma-bruks 3D skrivare till att skriva ut i metall krävs inte mycket.
Om du läst föregående stycke så vet du att inget filament är rent metall, utan det är plast i grunden som innehåller metall.

Se till att ni har en befintlig FFF (FDM) 3D skrivare hemma, som tar vanliga filament som råmaterial.
Det krävs ingen uppvärmd byggplatta heller, vilket gör att även de billigaste 3D skrivarna skulle kunna skriva ut i metall.

Det första man bör göra är att uppgradera sitt munstycke, eftersom metall filament tär på munstycken ganska bra. Det är därför bra att köpa ett som är gjort av stark metall (ironiskt nog).
Kanske bör man även ha ett par i reserv också.

En annan sak som är viktig, är att man bör efterbehandla 3d utskriften för att få den look man eftersträvar. Detta kräver inte mycke insatser, utan det kan räcka med en borste, blästring, vaxning eller liknande. Alla filament har olika metoder, som oftast finns beskrivna av tillverkaren.

Det finns väldigt många resurser om just detta på internet.
Du behöver ställa in inställningarna på 3D skrivaren enligt tillverkarens anvisningar för just det metall filamentet du har köpt. Därefter behöver du förmodligen experimentera tills du får rätt inställningar på alla parametrar. Det krävs ofta ett par gånger innan det blir bra!

Tjänster för att skriva ut i metall

Det finns flera hundratals företag som erbjuder 3D skrivare tjänster som kan skriva ut i metaller, men vi har sammanställt en lista över de mest populära tjänsterna för att göra det så lätt som möjligt för er.

All3DP

Hos All3Dp kan ni jämföra priser på alla tjänster som finns anslutna, och på så sätt få en preliminär indikation på hur mycket det skulle kosta att skriva ut modellen. Man laddar upp sin modell och kan välja bland olika metall-material, samt få frakt-kostnader direkt.

Shapeways

Shapeways är en av de mest populära 3D printing tjänsterna på internet, och erbjuder två tjänster: en för enstaka föremål och en för industriellar rapid-prototyping med industriella EOS eller liknande 3D skrivare. Välj bland olika metaller, såsom aluminium, mässing, brons, guld, platina, stål, silver och ädelmetaller. Det finns också vax.

Sculpteo

Likt Shapeways, så är Sculpteo en 3D printing tjänst som erbjuder uppladdning av modeller för att få offerter på direkten. Scuplteo erbjuder även att man öppnar en online-butik för att erbjuda sina produkter. Deras 3D skrivare är bl.a. EOS, 3D Systems, Stratasys och ZCorp. Materialen de erbjuder är mestadels aluminium, mässing och silver.

i.materialise

Likt de ovan tjänsterna erbjuder i.materialise även 3D printing av metall för såväl privatpersoner som företag. Efter att objektet är utskrivet så kan man genom ett särskilt galleri erbjuda sin produkt till försäljning. Metaller som kan väljas är bl.a. aluminium, mässing, brons, guld, platina, stål, titanium, silver och ädelmetaller.

Hubs

Genom Hubs plattform kan man söka och få kontakt med närliggande 3D-skrivar tjänster direkt. Ladda upp er STL fil och få en uppskattning på pris direkt. Du kan enklelt filtrera på omdöme, avstånd, material och mera för att söka efter en tjänst. Oavsett vad, så är det mycket troligt att någon eller några i er närhet kan skriva ut ert objekt. Markerar man sökningen med ”HD” så får man även upp industriell-kvalitets tjänster som kan skriva ut i metaller av olika slag.