additiv tillverkning, eller 3D-utskrift, har varit en populär metod för att skapa prototyper sedan 1980-talet och blir snabbt det snabbaste och mest prisvärda sättet att skapa anpassade konsumtionsvaror också. Men hur fungerar den här trendiga tekniken?

det finns flera olika metoder för 3D-utskrift, men den mest använda är en process som kallas Fused Deposition Modeling (FDM). FDM-skrivare använder en termoplastisk filament, som upphettas till dess smältpunkt och sedan extruderas, lager för lager, för att skapa ett tredimensionellt objekt.

tekniken bakom FDM uppfanns på 1980-talet av Scott Crump, medgrundare och ordförande för Stratasys Ltd., en ledande tillverkare av 3D-skrivare. Andra 3D-utskriftsorganisationer har sedan dess antagit liknande tekniker under olika namn. Det Brooklyn-baserade företaget MakerBot (nu ägs av Stratasys) grundades på en nästan identisk teknik som kallas smält Filamenttillverkning (FFF).

hur FDM fungerar

objekt som skapats med en FDM-skrivare börjar som CAD-filer med datorstödd design. Innan ett objekt kan skrivas ut måste dess CAD-fil konverteras till ett format som en 3D — skrivare kan förstå-vanligtvis .STL-format.

FDM-skrivare använder två typer av material, ett modelleringsmaterial som utgör det färdiga objektet och ett stödmaterial som fungerar som en byggnadsställning för att stödja objektet när det skrivs ut.

under utskrift har dessa material formen av plastgängor eller filament som rullas upp från en spole och matas genom ett extruderingsmunstycke. Munstycket smälter filamenten och extruderar dem på en bas, ibland kallad en byggplattform eller bord. Både munstycket och basen styrs av en dator som översätter måtten på ett objekt till X -, Y-och Z-koordinater för munstycket och basen att följa under utskrift.

i ett typiskt FDM-system rör sig extruderingsmunstycket över byggplattformen horisontellt och vertikalt och ”ritar” ett tvärsnitt av ett objekt på plattformen. Detta tunna lager av plast kyler och härdar, omedelbart bindande till skiktet under det. När ett lager är klart sänks basen-vanligtvis med ungefär en-sextonde tum-för att göra plats för nästa lager av plast.

utskriftstiden beror på storleken på objektet som tillverkas. Små föremål-bara några kubikcentimeter-och långa, tunna föremål skrivs ut snabbt, medan större, mer geometriskt komplexa objekt tar längre tid att skriva ut. Jämfört med andra 3D-utskriftsmetoder, såsom Stereolitografi (SLA) eller selektiv lasersintrering (SLS), är FDM en ganska långsam process.

När ett objekt lossnar från FDM-skrivaren tas dess stödmaterial bort antingen genom att blötlägga objektet i en vatten-och tvättmedelslösning eller, när det gäller termoplastiska stöd, knäppa stödmaterialet för hand. Objekt kan också slipas, slipas, målas eller pläteras för att förbättra deras funktion och utseende.

vad blir gjort

FDM är populärt bland företag i en mängd olika branscher, från fordonsindustrin (BMW, Hyundai, Lamborghini) till konsumentvarutillverkning (Black and Decker, Dial, Nestle). Dessa företag använder FDM under hela sin produktutveckling, prototyper och tillverkningsprocesser.

det vanligaste tryckmaterialet för FDM är akrylnitrilbutadienstyren (ABS), en vanlig termoplast som används för att göra många konsumentprodukter, från LEGO tegelstenar till whitewater kanoter. Tillsammans med ABS skriver vissa FDM-maskiner också ut i andra termoplaster, som polykarbonat (PC) eller polyeterimid (PEI). Stödmaterial är vanligtvis vattenlösligt vax eller spröda termoplaster, som polyfenylsulfon (PPSF).

termoplaster tål värme, kemikalier och mekanisk stress, vilket gör dem till ett idealiskt material för utskrift av prototyper som måste tåla testning. Och eftersom FDM kan skriva ut mycket detaljerade objekt används det också ofta av ingenjörer som behöver testa delar för passform och form.

FDM används också för att producera slutanvändningsdelar-särskilt små, detaljerade delar och specialiserade tillverkningsverktyg. Vissa termoplaster kan till och med användas i livsmedels-och läkemedelsförpackningar, vilket gör FDM till en populär 3D-utskriftsmetod inom medicinsk industri.professionella FDM-skrivare kostar vanligtvis mellan $10,000 Och $300,000, vilket gör dem till ett av de billigaste alternativen för företag som investerar i ett komplett 3D-utskriftssystem.

företag som använder FDM

medan Stratasys ansvarar för att uppfinna FDM är det inte det enda företaget som drar nytta av denna teknik. Under de senaste två decennierna har FDM blivit den mest använda 3D-utskriftsmetoden i världen.

många företag som tillverkar FDM-skrivare erbjuder också en rad 3D-utskriftstjänster till kunder, inklusive extern 3D-modellering och utskrift.

FDM hemma

vissa FDM-skrivare-som 3D-systemets kub, MakerBots Replikator och Stratasys’ Mojo — är utformade för användning av hobbyister, uppfinnare, gör-det-självare och småföretagare. De är små, effektiva och användarvänliga.

men att ha en av dessa 3D-skrivare i ditt hem kommer inte billigt. Kuben är bland de mest prisvärda stationära FDM-skrivarna på marknaden till $1,299. MakerBots maskiner är ännu dyrare, allt i pris från $2,549 till $3,299. Och Stratasys Mojo kostar knappt 10 000 dollar.

men den här populära tekniken blir billigare eftersom 3D-utskriftsstart, som den Kalifornienbaserade Pirate3D, försöker ta med 3D-teknik till de genomsnittliga konsumenternas hem. Pirate3D ’ s Buccaneer, som kommer ut i December 2013 säljer för bara $347.

3D-entusiaster som inte vill köpa en stationär FDM-skrivare kan bygga sina egna. Det finns många webbplatser som säljer kit och delar till ”replicating rapid-prototyper” eller RepRap, ett open-source 3D-skrivardesignprojekt som grundades vid University of Bath i Storbritannien.denna FDM-skrivare förbättras kontinuerligt, men det ultimata målet med projektet är att skapa en 3D-skrivare som kan skriva ut nya kopior av sig själv.

för de senaste nyheterna och funktionerna om 3D-utskrift, besök:

• LiveScience ämne: 3D-utskrift