Rapid proto-typing; 3D-printteknologier

Senest opdateret d. 22/4-2009
Resultatkontrakt 2010-2012 under temaerne Produktionsteknologi

Rapid Manufacturing/RM er en teknologi, hvor der fra digitale data, kan produceres emner ved lagvis fremstilling (også omtalt som Aditiv Layer Manufacturing/ ALM eller 3Dprinting teknologi). De seneste års hastige udvikling af laserteknologien åbner netop nu for nye produktionsteknologier baseret på mikrosvejsning af f.eks. metalliske og keramiske nanopartikler.

RM - Processen er særligt egnet til at frembringe højteknologiske produkter med øget funktionalitet og med de optimerede geometrier som simuleringsmodellerne foreskriver. F.eks. kan producenter af flowprodukter (ventiler, pumper mv.) få et helt nyt grundlag for udvikling af nye innovative produkter, der er energioptimerede, billigere, mindre, lettere og mere rengøringsvenlige. Processen er oplagt til fleksibel produktion af højværdiprodukter med stort viden indhold og er derfor relevant for danske virksomheders muligheder for at fastholde arbejdspladser i Danmark. Indsatsen på området vil være i overensstemmelse med den Europæiske RM-Platform som er en del af Manufuture platformen og projekterne under FP 7.

Aktiviteter:
RM-Processen skal modnes på følgende områder:

  • Materialeudvikling på pulver og processer for optimering af funktionelle egenskaber (f.eks. styrke, stivhed og korrosionsegenskaber).
  • Simuleringsværktøjer, der kan forudsige relevante emneegenskaber for RM produkter.
  • Graded material – Materialer som opstår når forskellige typer nanopartikler blandes og mikrosvejses med varierende parametre hen over RM-emnet og derved giver helt nye lokale materialeegenskaber.
  • Industrialisering med RM teknologi som produktionsapparat vil forgå ved at udvikle nye kvalitetsstandarter og udannelsesprogrammer.

15 kommentarer

Herunder er indlæg og kommentarer fra interessenter på aktiviteter og aktivitetsforslag.

sbm
Mandag d. 15/6-09 kl. 09:15

Vi har I vores virksomhed gjort brug af RM, som har gavnet vores proces i prototypefremstilling betydeligt. RM teknologien har givet os et hurtigt og præcist billede af hvordan vores emne opføre sig, hvordan funktionen og størrelsen er i forhold til det miljø emnet skal indsættes i. Det der kunne savnes er flere typer af materiale, som kan bruges under fremstilling via RM. Kan Danmark være førende på dette område, menes det fra vores side, at kunne gavne industrien i Danmark betydeligt. RM teknologien kan tages til et højere step, og hvis Danmark er førende på dette område, kan der opbygges en vigtig knowhow indenfor RM, som kan være meget bærerdygtig for Dansk industri.

Erikstrup
Tirsdag d. 16/6-09 kl. 10:30

Vi har med succes benyttet RM til at fremstille et metalemne, som ikke kunne fremstilles med andre eksisterende teknologier. Den aktuelle produktionspris er dog til hinder for, at metoden kan finde ret meget andet end nicheanvendelser, men lykkes det at dykke prisen med en faktor fem eller mere, ser vi flere steder, hvor denne proces kan finde industriel anvendelse.

Torben Lorentzen
Torsdag d. 18/6-09 kl. 15:32

Sbm (Mensa Heating ApS); Tak for din positive kommentar. Indenfor GTS ser vi det som en rolle at sprede viden til SMV’erne om nye teknologier. Det er fuldstændigt rigtigt, at de nye RM-teknologier og -materiale giver flere konkurrencefordele til dansk industri i form af fleksibilitet, produktion uden værktøj, eller at kunne designe og producere optimerede produkter. Det er også vigtigt, at vi inddrager viden og erfaring fra andre lande for at kunne hjælpe dansk industri bedst muligt.

Hvilken udfordringer ser Mensa Heating i at kunne producere jeres produkter ved hjælp af RM-teknologierne?

Torben Lorentzen
Torsdag d. 18/6-09 kl. 15:33

Erikstrup tak for din positive kommentar. Prisen er hele tiden et omdrejningspunkt. Danmark skal kunne konkurrere på højteknologiske produkter, som Topsøe Fuel Cell arbejder med, så fortjenesten kan også hentes på andre områder end produktionen af selve produktet. Hvis emnet har en længere levetid, eller det giver produktet en fordel ved at få en højere funktionalitet, kunne en lidt højere pris være acceptabel. Men det er også rigtigt, at RM-teknologien skal udvikles i et færdigt produktionsapparat.

Prisen vil også være afhængig af materialevalget. Hvilket materiale vil Topsøe Fuel Cell gerne kunne arbejde med, hvis I kunne selv vælge?

sbm
Torsdag d. 18/6-09 kl. 17:39

Hej Torben Lorentzen.
Tak for din hurtige tilbagemelding. Vi har netop idag, modtaget nogle emner produceret vha. RM-teknologi. Vi må sige at emnerne er yderst tilfredsstillende. Dog havde i vores beregninger forinden opstart af RM, nogle uvisse faktorer, som vi ikke kunne analysere os fremtil, før at vi havde emnerne (fysisk). Det har vist sig, at der skal laves få småjusteringer, inden man kan fastholde sig til en korrekt type. Her vises det hermed også at RM-teknologien, har været det rigtige valg for os, da vi ikke står med dyre værktøjer eller lignende.

Til dit spørgsmål omkring udfordringer, ser vi som Erikstrup, at prisen på RM skal nedsættes en del, for at kunne overveje en fast produktion via. RM. Jeg er enig I hans antagelse på en faktor fem. I vores tilfælde vil man kunne stable emnerne, og dermed lave flere emner ovenpå hinanden, hvilket ses som en klar mulighed. Kunne man anskaffe sig større maskiner indenfor RM i Danmark, ville der kunne laves flere emner hurtigere og billigere. - en mulighed.

Torben Nørbo
Fredag d. 19/6-09 kl. 23:03

Lige et lille bidrag fra en af de mindre brancher der kan have stor udnyttelse eller interesse i RM. Men ingen nævneværdig erfaring. Nemlig guld og sølv branchen. I dag anvendes RM i form af voksprintere, mini CNC maskiner og traditionel ceri perdue støbning. Denne laser teknologi har, som jeg ser det fra mit synspunkt som guldsmed, nogle ganske interessante aspekter. Tænk sig at lave smykker som ingen håndværker nogen sinde ville kunne lave med sine hænder eller andre teknikker end SLS. Nu mangler vi så bare nogle forsøg som understøtter min teori om at laseren jo selvfølgelig kan håndtere de ædle materialer. Der bliver jo i dag i smykkeindustrien i stor udstrækning anvendt laser til svejsning. Ligesom TIG er udviklet i en størrelsesorden der er tilpasset vores branche, mener jeg også at SLS udvikling skal sparkes samme retning. I den forbindelse tænker jeg ikke kun på smykke industrien, som trods alt vil være en beskeden målgruppe og altså ikke en målgruppe man kan basere en produktion på. Jeg tror der kun vil være en meget lille del af guldsmedene der er parate til at anvende denne teknologi. MEN når det er sagt tror jeg nærmere der er et marked indenfor medicinalindustrien eller specialiserede virksomheder der udvikler guld eller sølvkomponenter til f.eks. rumfart, kirurgi, e. lign. SLS teknologien er, som jeg ser det, særdeles anvendelig i en industri der producerer en form for unika produktion. Nu mangler vi så bare penge og nanopartikler i guld og sølv, og når den maskine bliver sat op og startet, håber jeg at kunne stå med snuden på glasset. De bedste hilsener Torben Nørbo, guldsmed.

Torben Lorentzen
Fredag d. 26/6-09 kl. 10:18

SBM; tak for et interessant synspunkt om teknologien, prisen er en del af diskussionen. Prisen er afhængig af materialeprisen og af det antal maskintimer, som er nødvendige for at producere produktet. En større maskine kunne være en mulighed, men for at kunne booste systemet, vil flere lasere være nødvendig. Dette er noget, som kunne overvejes.

Prisen er også en følge af, at RPT/RM-maskinerne ikke er udviklet til produktion, men til prototypefremstilling, derfor er der alt for meget manuelt arbejde i dag med at producere de mange forskellige produkter. Hvis vi kigger på høresapparatsindustrien, vil man se, at man har optimeret RM-processen til en specielt applikation, og derfor kan man her opnå bedre resultater, og en rimelig produktionspris. Derfor er det ikke urealistisk at bruge teknologien til større produktioner.

Men det er også vigtigt at optimere designet til RM-produktion for at sikre de bedste egenskaber på emnerne, og så er det også muligt at producere flere emner samtidig og på den måde spare på samling og produktion af flere produkter, værktøjer osv.

Industrialisering af teknologien er en nødvendighed for at kunne hjælpe dansk industri. Føler I, at I mangler viden omkring RM-teknologierne og -materialerne? Kunne et RM-netværk i Danmark være en idé for at udbrede teknologien? Skulle RM være mere synlig på universiteterne og Ingeniørskolerne for at oplære den næste generation?

Torben Lorentzen
Fredag d. 26/6-09 kl. 10:19

Torben Nørbo; tak for din kommentar. Smykker og design i guld og sølv er en vigtig ambassadør for Danmark i udlandet, og fremtidens krav til de danske fremstillingsvirksomheder fordrer derfor ikke blot fleksibilitet i form af hurtig implementering af nye materialer og teknologier, der kræves også fleksibilitet i forhold til at opfange og reagere hurtigt på markedstrends, ligesom ændrede markedskrav.

Som du selv skriver ”Tænk sig at lave smykker, som ingen håndværker nogen sinde ville kunne lave med sine hænder”; det er måske den største fordel, vi opnår med RM-teknologien: designfrihed. Frihed til at kunne producere nyt design, som er umulig ved traditionelle teknologier, Frihed til at optimere et produkt efter funktionalitet og ikke efter produktion, og frihed til at designe et produkt, som industrien kan sælge og hæve indtjeningen i mindre serier.

Masseproduktion af et emne er en tanke, som er meget interessant, og vi kunne sammenligne jeres branche med høreapparat-, eller tandprotesebranchen, den sidste dog kun i udlandet, hvor man har taget teknologien til sig med gode resultater.

En speciel udviklet maskine til guld og sølv er måske en nødvendighed, pga. prisen på materialet. Men tror du, at disse teknologier skal være samlet på et centralt sted hos en underleverandør, eller tror du, at hver guldsmed vil eje sin egen maskine?

Kan du se andre udfordringer for implementering af teknologien, som for eksempel overfladebeskaffenhed? Hvilket materiale vil være det mest interessante for jer?

Ove Nielsen
Mandag d. 29/6-09 kl. 14:46

Vi anvender flere forskellige typer RM i forbindelse med prototyper især for afprøvning af plastdele, som ved produktion bliver fremstillet ved billigere prosesser så som sprøjtestøbning eller vacuumforning.De 2 vigtigste faktorer for yderligere anvendelse af RM er overfladekvalitet og pris. Vi holder os orienteret om udviklingen og ser frem til at metoderne forbedres og priserne bliver atraktive, således at vi kan undgå at fremstillet dyre værktøjer, som hæmmer anvendelsen af varianter og nye tiltag

Torben Nørbo
Mandag d. 29/6-09 kl. 22:06

Torben Lorentzen Force Technology.
Kære Torben.
Da den første lasersvejser blev implementeret i den Danske smykkeindustri, var den intet mindre end revolutionerende. Investeringen var en dengang meget stor million kroner. I dag kan en endnu kraftigere og bedre laser fås til omkring 170.000 kr. De der dengang investerede i en sådan, har i dag udviklet smykker med forskellige smykkesten, der faktisk kun lader sig fremstille hvis man har en lasersvejser. Ligeledes var det, med den første voksprinter der kom til landet. Jeg mener det var i 2001 eller 02. Anyway, den kostede også ca. 1 million, prisen er i dag ca. 250.000 kr. og teknologien er nået langt siden. Men der er på det felt endnu et stykke vej til det perfekte. Det stykke legetøj kører ikke uden problemer.
Men tilbage til dit første spørgsmål vedr. materialer. Så mener jeg at pga. produktionsprisen er sølv udelukket, idet prisen på smykket da bliver så høj at ingen ønsker at eje et sådant, uanset hvor specielt det end måtte være. Men kan man holde produktionsprisen i guld nede på omkring 750 - 2000 kr. alt efter opgave, plus guldet, så er der ingen tvivl om potentialet. Der bliver i dag produceret smykker med den arbejdsløn eller højere. Det giver i vores verden en udsalgspris på arbejdslønnen ca. 2000 – 5500 kr. plus guldet. Det er noget folk vil betale, for guld og for noget som er helt specielt. Mænd elsker mekanik, teknologi og noget hvor man imponeres over ”håndværket” uanset om det er håndlavet eller tegnet på CAD. Produktet skal også her sælges på en god historie om tilblivelsen.
Jeg mener at gult guld i 14 karat er aktuelt. 14 karat for at holde prisen lidt nede, men ellers 18 karat for at kunne opretholde eksklusiviteten. (Vær opmærksom på at begge materialer er legeringer bestående af guld, sølv og kobber, jeg ved ikke om maskinen kan håndtere det eller om man overhovedet kan lave en legering om til Nanopartikler). MEN jeg vil gerne understrege at det vi her taler om, udelukkende kun skal kunne produceres vha. den nyeste teknologi, idet der ellers er særdeles attraktive og prisbillige alternativer i form af gummiform og traditionel Ceri perdue støbning.
Måske skulle man helt gå fra guldet og producere helt specielle smykker i stål/titan som jo er svære at støbe…
Jeg tror ikke der indenfor en overskuelig årrække kommer en løsning hvor hver enkelt guldsmed har sin egen maskine, men at en underleverandør leverer varen. Det er ikke særlig hensigtsmæssigt at anvende andre metaller i maskinen, idet guld, også ved denne produktionsform, kræver en høj grad af renlighed i forhold til andre uægte materialer, det kunne derfor tænkes at der på sigt kommer en løsning hvor hver mand leverer til sig selv, håber jeg.
Det er tit lidt svært at forklare kort på en kommentar som denne, jeg beklager. Håber I forstår.
Du må lige forklare dette lidt nærmere:
Kan du se andre udfordringer for implementering af teknologien, som for eksempel overfladebeskaffenhed?
Med venlig hilsen

Torben Nørbo
Mandag d. 29/6-09 kl. 22:18

Lige en kommentar til :
Industrialisering af teknologien er en nødvendighed for at kunne hjælpe dansk industri. Føler I, at I mangler viden omkring RM-teknologierne og -materialerne? Kunne et RM-netværk i Danmark være en idé for at udbrede teknologien? Skulle RM være mere synlig på universiteterne og Ingeniørskolerne for at oplære den næste generation?
Svar:
Vi har i guldsmedeuddannelsen idag lagt CAD/CAM ind i uddannelsen. Men der er ikke megen info til eleverne om RM og hvilke teknologier der findes eller er tilgængelige. Her har jeg stor fornøjelse af HI-messe eller EURO-MOLD messen i tyskland, selvom det til tider er en anelse overdimensioneret til vores branche. Hvis informationen og dermed innovationen skal starte et sted, skal man starte med at opflaske de unge mennesker med mulighederne, uanset om de kommer til at anvende dem i virksomhederne de første mange år. Skolerne eller universiterne har bedre mulighed for at oplyse om den slags teknologi end virksomhederne har. Ellers bare arranger en ekskursion til Teknologisk Institut. Det har jeg haft meget glæde af, man møder altid velvilje til at fremvise teknologien. Men mere info om RM, tak.

Torben Lorentzen
Tirsdag d. 30/6-09 kl. 10:17

Tak for dine kommentarer Ove Nielsen. Udviklingen af teknologierne gå i retning af mere rentable maskiner, men der er stadigvæk et stykke af vej.

En måde at reducere prisen på er også at designe og optimere produkterne efter funktionalitet og RM-produktion. Det kan for eksempel være, at I ser på et system som en hel enhed og ikke som en samling af forskellige produkter. RM giver mulighed for at producere flere emner samtidig og ved at gå i den retning, kan man producere mere komplekse produkter, hvor I vil kunne spare på samling af produkterne og reducere af antallet af komponenter.

Overfladekvaliteten er også et vanskeligt parameter, og det er muligt at få bedre overflader ved at bruge forskellige strategier i RM-produktion og finish. Men der er stadigvæk store udfordringer omkring udvikling med pulver og nano-partikler.

Kan I se nogen begrænsninger i materialerne, jeg kan se, at I arbejder med store emner, som skal holde til store krav. Vil I kunne bruge metal, keramik eller komposit for at kunne løse nogle af disse opgaver? Er livstidsholdbarhed på materialet et afgørende punkt, før I ville overveje at anvende teknologien?

Torben Lorentzen
Tirsdag d. 30/6-09 kl. 11:48

Tak for dit bidrag på dette område Torben Nørbo. Jeg er meget enig i dine kommentarer om, at RM skal implementeres i vores uddannelsessystem, og jeg er også enig i, at det ikke kun skal være i den akademiske uddannelse og ingeniøruddannelsen, men at teknologien også bør implementeres i design- og arkitektuddannelsen.

Teknologien mangler en hjemmeside, hvor man kan beskrive de forskellige teknologier, og hvordan man kan anvende dem.

Overfladekvaliteten er en vigtig parameter for smykkeindustri, kan I se nogle udfordringer her med denne teknologi, eller er det noget, som I kan løse ved mere traditionelle løsninger?

MR
Tirsdag d. 30/6-09 kl. 13:36

Kommentar fra Ingeniørhøjskolen i Århus (IHA).

IHA investerede for ca. 1,5 år siden i en 3D-printer (den type, som sammensvejser 0,18 mm ABS-tråd).

Siden anskaffelsen har maskinen stort set ikke stået stille.
Den er blevet anvendt i forbindelse med projektarbejder (især af studerende), og i særlig grad af maskiningeniør- og medicoingeniørstuderende, men også mere sporadisk af elektro- og bygningsingeniørstuderende. Stort set alle projektarbejderne er blevet rekvireret af virksomheder og forskningsinstitutioner, og de er blevet udført i nært samarbejde med disse. Der har været tale om fremstilling af funktionsprototyper, forsøgsprototyper, skuemodeller m.m.

Maskinen blev anskaffet som en naturlig konsekvens af den industrielle udvikling, hvor man i højere grad end tidligere satser på hurtigt at nå fremstillingsfasen.

Maskinen har dog nogle åbenbare begrænsninger i forhold til andre maskintyper:
- Den er mest velegnet til prototypefremstilling og ikke til produktion.
- Geometrisk begrænser anvendelsen sig til 250 mm x 250 mm x 300 mm.
- Materialetypen er alene ABS-plast.
- Lagtykkelsen skal være noget større end 0,18 mm.

I de, efterhånden mange, tilfælde, hvorved afvigelser herfra har været ønskelige, har IHA anvendt eksterne leverandører, som har andre maskintyper til rådighed.

Det har derfor vist sig fordelagtigt at give de studerende en introduktion til de andre maskintypers anvendelsesområder, men denne undervisning har fortrinsvis været af ren procesteknisk karakter.
Det har ikke været muligt at fremskaffe "konstruktionsmanualer".
Såfremt sådanne var tilgængelige, ville undervisningen og anvendelsen af RM-metoderne kunne effektiviseres væsentlig, til gavn for såvel industrien som de studerende.

I forbindelse med konstruktionsmanualer er der tænkt på systematiske redegørelser for:
- Konstruktionsregler.
- Tolerancer (herunder overfladedata og geometriske tolerancer).
- Styrke og stivhedsdata (også som funktion af temperatur og tid).
- Udmattelsesdata.
- Sliddata.
- Byggetider.
- Materialeforbrug.
- Kemiske begrænsninger.
- Medicotekniske data.

Der er sikkert behov for flere oplysninger, men de nævnte dataområder er de, som i forbindelse med vore erfaringer, står først for.

Vi vil derfor kraftigt anbefale, at der iværktættes arbejder, som kan fremskaffe viden herom.

Mvh
Mogens Rasmussen,
lektor.

Torben Lorentzen
Tirsdag d. 30/6-09 kl. 14:46

Tak for dit synspunkt Mogens. En RM designmanual er et vigtigt punkt. Udfordringen her er dog at manualen hele tiden skal opdateres pga. det høje tempo RM teknologierne udvikler sig i. En mulig løsning vil være at stable en hjemmeside på benene som er let at opdatere. Et andet punkt er at kunne se og prøve RM teknologier i praksis, men der er pt. ikke så mange steder i Danmark, hvor det er muligt at se alle de forskellige typer af teknologier samlet.

Implementeringen af teknologierne, samt en designmanual, kræver en standard for at kunne sammenligne både teknologier og materialer. Den internationale RM samfund arbejder hårdt for at få etableret en standard på RM, og i første omgang prøver de at gøre det under den amerikansk standard. (ASTM)

RM teknologierne har i dag en masse potentiale som endnu ikke bliver udnyttet. Dette kan være nye legeringer, biomaterialer eller blandede materialer med nye egenskaber. Desuden kan RM teknologierne tilføre ekstra værdi til produkterne med bl.a. reduceret vægt gennem optimerede designs, samt optimerede flowforhold hvor dette er i spil.

RM bliver i mange sammenhænge kaldt den næste industrielle revolution. Den største udfordring er den rammer alle led lige fra selve designfasen til produktionsfasen, så det skal være en strategisk beslutning lige fra produktets fødsel.