Av Henrik Lundgren, CTO / Teknisk Chef hos Wematter.

När en organisation ska börja skriva ut plastföremål i 3D så har den ofta ganska specifika krav på vilken polymer som ska skrivas ut, och med vilken kvalitet. Detta styr både valet av 3D-printingteknik och polymera material. 

Val av 3D-printingteknik

I vissa situationer är kraven på hållfasthet obefintliga. Då kan företaget nöja sig med en billig 3D-skrivare som skriver ut med Fused Deposition Modeling (FDM) teknik. En fördel med FDM-tekniken är att det finns skrivare för de flesta polymermaterial eftersom tekniken har funnits så länge och marknaden är stor. 

Men i de flesta fall krävs en helt annan kvalitet på utskrifterna. FDM-utskrifter kommer inte i närheten av den kvalitet som formsprutad plast genererar. De spricker lätt, tar in vatten och har en lång rad andra kvalitetsproblem som inte är acceptabla vare sig som slutprodukt eller som prototyper. Detta är ett problem inom både industriutveckling och hälsosektorn. 

För att uppnå en högre kvalitet motsvarande den som uppnås vid formsprutning krävs 3D-skrivare som använder sig av Selective Laser Sintering (SLS) teknik. Här blir valet av polymerer som går att skriva ut mer begränsat. Wematter är såvitt vi vet det enda företaget i världen som samarbetar med olika kundföretag för att kunna skriva ut just kundens polymer på en specifik skrivare, med parametrar förinställda för att enkelt kunna skriva ut med optimal kvalitet.

Olika typer av polymerer

Ett företag som har hittat den perfekta polymeren för sin produktionsprocess och slutprodukt vill ogärna ändra polymer. Orsaken är att det är en lång och krävande process att hitta rätt material, bland annat beroende på att antalet varianter av polymerer som finns i världen är närmast oändligt stort. Polymerens egenskaper kan ändras genom att tillsätta olika additiv. Glasfiber gör utskriften starkare, mjukgörare gör den mjukare och mer formbar. Det går också att göra polymeren mer värmetålig eller mer UV-resistent. Dessutom kan man kan styra hur lite vätska den absorberar. 

Utgångspunkten brukar vara att en organisation väljer någon av följande huvudtyper av polymerer, som alla har väldigt olika egenskaper i grunden.

• Polypropen (PP)
• Polyamid (PA) även kallat nylon
• Polyethylene Terephthalate (PETE or PET)
• High-Density Polyethylene (HDPE)
• Polyvinyl Chloride (PVC)
• Low-Density Polyethylene (LDPE)
• Polystyrene or Styrofoam (PS)
• Diverse/övriga som inkluderar polykarbonat, polylaktid, akryl, akrylnitril butadien, styren och fiberglas.

Hitta rätt material för dina behov

Därefter gäller det att hitta en polymerkvalitet som gör det möjligt för tillverkningsprocessen att leverera objekt med de rätta egenskaperna. Material utvecklas, tillverkas och levereras av olika företag och kvaliteten kan variera på ett avgörande sätt mellan en polymer och en annan. Men de flesta polymerer levereras i format som är lämpliga för formsprutning, och sällan i den pulverform som krävs för att kunna 3D-printas. 

Det är här som Wematter kommer in i bilden. Wematter kan hjälpa företag att hitta en polymerkvalitet som går att printa, med exakt rätt kvalitet. Självklart finns det polymerer som helt enkelt inte kan skrivas ut med SLS, men inom rimlighetens gränser kan Wematter kontakta sitt breda nätverk av pulverleverantörer och säkerställa att rätt polymer tas fram i rätt format. Allt är givetvis beroende på hur pass stora volymer det rör sig om. Små företag med låg årlig polymerförbrukning kan inte räkna med en fullständig matchning. Men även små företag brukar kunna komma tillräckligt nära.

Additiv tillverkning med polymerer

De flesta föremål av polymerer har tillverkats genom formsprutning. Detta på grund av att det är ett kostnadseffektivt och snabbt sätt att få fram stora volymer av en produkt.  I de fall när serierna inte är fullt så stora och man vill undvika den tid och de investeringar som krävs för tillverkningen av en sådan gjutform brukar man istället använda sig av något som kallas Additive Manufacturing (AM). Användandet av AM har vuxit exponentiellt de senaste årtiondena och metoderna har mognat. Exempel på sådana situationer är prototypframtagning, reservdelstillverkning, komponenttillverkning i små eller medelstora serier eller tillverkning av objekt med komplexa geometrier. Inom hälsosektorn kan det handla om tillverkning av individanpassade ortoser eller proteser.

Val av 3D-skrivare baserat på material

Olika 3D-skrivare är olika lämpade för att hantera olika material. Wematter erbjuder 3D-skrivaren Gravity som är exceptionellt bra på att skriva ut en mängd olika material. I dagsläget handlar det om över 20 material, men antalet växer varje år. Detta är tack vare Wematters egna team av materialutvecklare som arbetar med att samarbeta med kunder och pulvertillverkare för att få fram utskrifter av just den kvalitet som kunden behöver.

Wematter har ett unikt arbetssätt, där ett team av materialingenjörer arbetar tätt tillsammans med ett hårdvaru- och ett mjukvaruteam för att optimera materialets prestanda i just SLS 3D-skrivaren Gravity. När arbetet är slutfört, kan Wematter erbjuda en färdig, fullt integrerad lösning med både pulver, hårdvara och mjukvara. Detta är en viktig del av Wematters strategi och gör det enkelt för användaren att skapa lyckade utskrifter, utan de förkunskaper som annars krävs för att göra avancerade inställningar på en SLS 3D-skrivare. SLS 3D-skrivarsystemet Gravity är helt enkelt förinställd på rätt parametrar för respektive material. Dessutom står Wematter för hela kvalitetsgarantin eftersom både material och utrustning kommer från oss. 

Wematters arbetsprocess

Innan ett material introduceras på marknaden av Wematter har Wematters materialingenjörer gjort ett grundläggande och genomgripande arbete. Materialen klassificeras utifrån Technology Readiness Level (TRL), ett känt begrepp inom forskning & utveckling. Initiala labbtester på bänk ger indikationer på om materialet kommer fungera eller inte. I detta skede fokuserar man främst på två parametrar. Dels hur partiklarna i pulvret rör sig, vilket avgör om pulvret kommer att kunna transporteras inuti skrivaren, och dels på pulvrets beteende när det smälter, vilket är helt avgörande för kvaliteten på de SLS 3D-utskrifter som man kommer att producera med Gravity.

En materialingenjör kontrollerar pulveregenskaper hos ett material under utveckling.

Om materialet får godkänt labbresultat så går det vidare till prototypstadiet. Här kommer pulvret för första gången i kontakt med SLS 3D-skrivaren Gravity. Testet består helt enkelt av att pulvret sintras i skrivaren. 

Det första rörelsetestet görs i en kall maskin för att se hur pulvret rör sig och fungerar ihop med Gravity. Om detta ser lovande ut så testas pulvret i en upphettad maskin och så småningom genomförs ett enklare printjobb. I takt med att teamet lär sig mer om hur pulvret uppför sig i Gravity, modifierar teamet olika inställningar och successivt kan mer och mer avancerade föremål skrivas ut, med allt bättre kvalitet. De första utskrifterna levereras nu till kunden för en gemensam utvärdering. 

Arbetet fortskrider. Teamet printar, utvärderar, enas om vad som behöver justeras av pulvret, mjukvaran eller hårdvaran, kör nya tester och gör nya utvärderingar. När man har kommit så långt att teamet med säkerhet kan säga att man kommer att lyckas, det vill säga man kommer att uppnå de parametrar som krävs av kunderna med just detta pulver, så avslutas prototypstadiet. 

Full system implementation

Därefter krävs ett nytt beslut för att materialingengörerna ska få lov att inleda “Full system implementation”. Det innebär att man ska kunna printa krävande utskrifter med standardinställningarna, dvs exakt så som en kund skulle ha gjort det. Pulvret testkörs med mycket krävande prints om och om igen. Kravet är nu att pulvret utan problem ska kunna prestera optimalt på alla sätt, från påfyllning till färdig utskrift. Full System Implementation avslutas när teamet kan leverera exakta inställningar och specifikationer på pulver, mjukvara och hårdvara som med säkerhet kommer att leverera marknadsmässiga delar. Det handlar om allt från snygg finish och högkvalitativa mekaniska egenskaper till dimensioner som utnyttjar tillgänglig byggvolym på ett optimalt sätt.

Polymeren som kunden efterfrågade

Den kund som varit kravställare kan nu tryggt och med hög kvalitet printa materialet i de Gravity-system som de har köpt från Wematter.  Pulvret adderas till Wematters portfölj över material som kan erbjudas till marknaden. Materialteamet fortsätter att stödja marknadsavdelningen och säljavdelningen på olika sätt, men deras ursprungliga pulverprojekt är slutfört.

Kontakta Wematter

Vill du veta mer om våra olika material? Eller har du och ditt företag ett specifikt material som ni behöver kunna skriva ut i en SLS 3D-skrivare? Kontakta oss idag så pratar vi gärna mer om det vi är bäst på, SLS och pulvermaterial i kombination.