Additiv Tillverknings Framtida Potential

Inom utredningar framkommer flera gemensamma aspekter för de additiva systemen. De tydligaste av dessa är den relativt enkla användningen i kombination med den höga potentialen för individuell anpassning och tillverkning i mindre skalor. Självklart är inte de additiva metoderna felfria. Jämfört med traditionella metoder är de långsammare vid tillverkning, dyra vid framställning av större produkter och inte lämpade för en storskalig produktion.

Via detta är den framtida potentialen för additiv tillverkning mycket bra men denna potential uppnås inte via att överge traditionella metoder för en total övergång till additiva metoder.

Additiv tillverknings bästa förmågor byggs på via synergi med de traditionella metoderna, unika former ej möjliga med traditionella metoder men även via den höga möjligheten för

kundanpassning. För att få mer insikt inom båda nuvarande tillämpningar såväl som den framtida potentialen intervjuades följande två experter inom området.

Daniel Ljungstig, CEO för 3DVERKSTAN, ett av den drivande företagen bakom additiv tillverkning i Sverige och Skandinavien.

Robert Andersson, av stockholmsbaserade Additiva AB med över 20 års erfarenhet.

Vid frågan relaterande till den framtida utvecklingen, om fokus riktas mot att göra additiva system mer självständiga eller att förbättra samspelet mellan traditionella och additiva metoder svarade Ljungstig, tydligt att det är samspelet mellan teknikerna som är fokus. En av

anledningarna bakom detta är jämfört med traditionella metoder är additiv tillverkning både långsammare och dyrare vid större detaljer. Samtidigt benämner Ljungstig att tillverkningen av komponenter som fästelement, skruvar, spikar och muttrar etc., är så optimerad att ingen

förbättring skulle uppnås av att skapa dessa additivt. På liknande sätt finns många andra exempel på optimerade tillverkningsprocesser där omställningen till additiva metoder medför höga

ekonomiska kostnader och stora risker med liten vinst. Samtidigt finns det egenskaper som additiv tillverkning inte kan ändra, ett exempel på detta är härdande som uppnås av exempelvis smidning.

Vid frågor direkt riktade mot additiv tillverknings nuvarande tillämpningar och framtida utveckling svarade Ljungstig att mycket resurser läggs på att välja rätt system efter behov.

Exempel på dessa är att trådbaserade system är mer lämpligt för prototyper samtidigt ör pulverbaserade metoder lämpligast för storskalig produktion. I stil med detta kan additiva metoder ersätta steg i tillverkningsprocessen alternativt användas som säkerhetsåtgärd via exempelvis skapelse av reservdelar. Liknande förklarade Ljungstig ett flertal kritiska punkter för additiv tillverknings utveckling. Några av dessa är att i de kommande åren kommer mycket av

Ett annat utvecklingsmål relaterar till precisionen av additiva tekniker. Detta mål är att nå en så kallad ”tipping point” där skapade produkter har bra nog precision för att användas i samma situationer som de identiskt traditionellt skapade. Slutligen benämndes att ett av de viktigaste målen är att uppnå en hög grad repeterbarhet. Med repeterbarhet menas att alla skapade produkter demonstrerar exakt samma egenskaper, då flera av de additiva systemen kan ge små variationer mellan identiska detaljer. Detta kan resultera i oförutsedda konsekvenser. Ett bra exempel på detta är låsmekanismen som togs fram för detta arbetes egna produkt. Vissa sprack men andra inte, trots att de använde samma STL-fil och inställningar vid tillverkning.

Additiv tillverknings styrkor är som nämnt betydligt större än bara som komplement till

traditionella metoder. Andersson svarade vid frågan om additiv tillverknings framtida potential att den höga graden av kundanpassning samt den relativa enkelheten i användning i förhållande till kunskapskraven är en stor del som kommer bidra till de framtida tillämpningarna.

Andersson syftar på att unikt anpassade tillbehör som kläder, skor och smycken betraktas som statussymboler. Detta relaterar mycket till vad Ljungstig beskrev i den tidigare nämnda ”tipping pointen” när detaljer skapta via additiv tillverkning inte skiljer sig från traditionella metoder.

Detta i kombination med förbättringar i användbara material öppnar upp en helt ny marknad för statussymboler helt anpassade efter individens krav.

Samtidigt förklarar Andersson vidare att det är enkelheten av additiv tillverkning som utgör en av de större punkterna som kommer bidra till framtida tillämpningar. Relativt till traditionella maskiner är kunskapskraven låga. I jämförelse med exempelvis en borrmaskin behöver användaren inte ha kunskap om exakta justeringar på borrhuvudet, inte veta hur man låser arbetsstycket eller med vilken hastighet borren ska förflyttas. I princip krävs endast kunskapen att ladda korrekt fil och starta processen. Självklart gynnas processen av kunskap exempelvis om något går sönder. Men additiv tillverkning är även betydligt säkrare än traditionella metoder, både för användaren och maskinen. För användaren är chansen för personskada låg på grund av maskinens självsående arbetsprocess. Risken att maskinen skadas är också betydligt lägre via sättet alla additiva tekniker tillämpar. Då formen alltid byggs ett lager i taget finns inte möjligheten att verktyget bryts mot detaljens yta.

Slutligen förklarar Andersson att en av additivs tillverknings största styrkor relaterar till mjukvara i dator genererad design. Ta företaget ParaMatters,^[48] de har skapat ett system som utifrån de mest grundläggande parametrarna, fördefinierade former som placering och storlek av en stång, ett hål för en insektsnyckel och en bordskant i kombination med antagna laster, tar fram, enligt Andersson, en manuellt icke-CAD bar modell. Mjukvara kan även göra mer än att ta fram former. Det är även möjligt att justera exakta infillmönster med starka material som

kolfiber som möjliggör en stor grad anpassning i hela struktururen.

4.2 Produktframtagning

För detta arbete togs två produkter fram, ett skal för att skydda känsliga modeller och en ställning för att vid digitala möten kunna visa arbetsytan. Som produktframtagningsprocessen redovisar uppfyller dessa produkter de krav som sattes. Trots detta finns det flera val och observationer mer än resultatet värt att nämna.

Inledningsvis rubbades detta arbete av Covid-19 pandemin. Mycket av de val som gjordes var kompromisser på grund av begränsningar som uppkom av pandemin. För detta arbete

tillämpades ME, valet gjordes med motivation och designen av produkten tog i hänsyn systemet men detta valdes för det var det enda systemet som garanterat kunde användas genom hela arbetsprocessen. Via detta begränsas diskussionen om produkten hade visat bättre resultat via användning av det andra nämna systemet, SLA. Samtidigt valdes produkten med syftet att skapa skalet för kollegors modeller. Detta skulle resultera i bättre förslag på förbättring och minska risken att ett underpresterande resultat accepteras. Dessutom minskade även de praktiska användningarna av skalet då dessa fysiska möten undveks.

Den iterativa processen samt slutgiltiga iterationen visar hur strängbaserad additiv tillverkning kan tillämpas för att snabbt skapa prototyper som sedan kan förbättras. Processen visade även negativa aspekter av systemet. Exempel på dessa är hur vissa av låsen gick sönder, ett klart tecken på ojämn kylning. Samtidigt via enkelheten att skapa varje iteration kunde flera unika aspekter av ME och additiv tillverkning studeras via haveritester. Dessa demonstrerade

egenskaper som lagerseparation men även spricktillväxt utifrån små punktdeformationer som ej kunde förutspås med enkla simulationer eller observeras på ytan. Detta är indikatorer på att även om additivt tillverkade produkter skapta via billigare skrivare ser bra ut finns det en risk att något fel existerar i materialstrukturen.

Ställningen som skapades för att möjliggöra redovisning har använts flera gånger i personligt bruk och vid dessa tillfällen fungerat utmärkt. Ställningen demonstrerade även flera viktiga synpunkter vid tillverkning av additivt skapade produkter. Då ställningen uppbyggs av betydligt större delar jämfört med det skyddande skalet har infill nivån betydligt mer påverkan. För denna ställning användes 10 % infill samtidigt som den senare iterationen tog bort mycket av den övre bendelen. Detta minskade tiden av produktion med ca 8 timmar samt minskade ytan som befanns på arbetsytan. Detta visade hur även simpla former som de raka delarna demonstrerade i bilaga G1 kan optimeras för att minska tillverkningstiden samtidigt som den totala formen inte

förändras, demonstrerat i kapitel 3.6.

Ställningstillverkningen medförde även en möjlighet att återanvända delar. Då vardera av de 4 ben delarna tog ca 8 timmar att tillverka valdes bottendelarna att återanvändas. Detta

demonstrerade även additiv tillverknings förmåga att anpassas efter redan befintliga strukturer.

Likt maskinkomponenter kan additiv tillverkning mycket lätt skapa exakta och anpassade reservdelar med existerande delar i åtanke.

Ställningen visade även på ett ofint sätt synergin mellan additiva och traditionella system. För att möjliggöra storleken som krävdes, 550 𝑚𝑚, skapades överdelen i två delar 275 𝑚𝑚 vardera.

Många teoretiska fästmekanismer undersökte via SolidEdge men oavsett lösning medförde alla flera problem. Då dessa detaljer redan närmades de maximalt möjliga dimensionerna för skrivaren var de högt begränsade i storlek och, sammanhängande, styrkan som de kan fästas med. Även om den tillämpade mobilen endast väger 200g, jämnfördelat på båda delarna är det

additiv lösning tillämpades hade det medfört högre komplexitet och ökat risken för defekter vid tillverkning. Därför bestämdes istället en enklare och snabbare läsning. Resterande plaststänger av samma typ av plast som för plastmodellerna återanvändes via att de limmades längst med kanterna på ovandelarna. Då plastsmältlim användes medförde detta ett extremt hårt förband som klarar av laster betydligt större en vad som krävts. Detta var självklart en simpel lösning men demonstrerar att produkter inte måste vara exklusivt additivt skapade. På den tiden som hade ägnats på att hitta en additiv lösning hade den tiden bättre används till att förbättra det skyddande skalet. Detta gäller även på en industriell nivå där enkla traditionella lösningar medför både snabbare tillverkning men även bättre grad av repeterbarhet.

Slutligen måste mjukvaran för detta projekt kort diskuteras. SolidEdge fungerr någorlunda bra för additiv tillverkning men visade flera problem som ej löstes. En av dessa var för

assembleringen av ställningen saknade bottenplattorna en plan yta att fästas exakt mot trots att de dimensionerats exakt utifrån bendelen. Det största av Problemen var dock en basinställning som uppkom flera gånger under projektets gång. Zero-thickness Geometry, eller noll-tjockleks geometri framkommer ibland när en solid exakt tangerar en annan. Detta medför ett

felmeddelande och detaljen stoppas. Detta medförde problem då additiv tillverkning kan skapa dessa former. Detta medförde att för den slutgiltiga iterationen krävdes at flera mått sättes till närmaste möjliga tal, ex 2.99 𝑚𝑚 istället för3 𝑚𝑚.

För detta arbete användes Ultimaker Cura som fungerade i överlag bra. Under projektets gång ökade kunskapen om vilka inställningar som var relevanta och vilka som, om ändrade, tydligast gav bättre resultat. Ett stort problem med Cura var dock att i många aspekter kan det betecknas som ofint om dess basinställningar används. Med detta innebär att när Cura bygger plana ytor fyller det ut nästan hela ytan men missar en del i början. Detta resulterar i att extruderhuvudet måste gå tillbaka och fylla i bara en liten del. Detta medför i att chansen för ojämn avsvalning blir hög och, som bäst demonstrerat i bilaga F4, blir det många resttrådar som måste städas upp.

Båda dessa problem har lösningar i programmet men Curas basinställningar bör inte betraktas som optimala för varje produkt. Oavsett vilket program som används finns det många faktorer som måste betraktas och justeras för att resultatet ska bli optimalt.