Nye produktionskrav til 3D-print

3D-print er ude på en industrialiseringsrejse. Hvor teknologien tidligere især blev brugt til at lave prototyper og skuemodeller, er den primære anvendelse i dag produktion af slutprodukter, som laves i stadigt større styktal. Det stiller helt nye krav til produktionen, og derfor er Teknologisk Institut i gang med at identificere og beskrive de nødvendige procestrin.

- Vi kan trække nogle klare paralleller fra 3D-print til den industrielle revolution, hvor man også fik adgang til ny teknologi, som man så skulle lære at arbejde med. Printerne kan jo ikke lave mere end det, vi putter ind i dem – det være sig data eller materiale – og hvis vi vil have et bestemt resultat ud hver gang, er vi nødt til at have fuldstændig styr på, hvad vi fylder ind og hvordan, siger Thor Bramsen, forretningsleder på Teknologisk Institut og ekspert i Industriel 3D-print.

Færre krav til prototyper
Da 3D-print så dagens lys for 30 år siden, blev teknologien i første omgang brugt som værktøj i produktudviklingen, hvor man hurtigt kunne lave skuemodeller for at få en visuel indikation af et produkt. Senere blev det muligt at lave prototyper med enkle funktioner, men fælles for både prototyper og skuemodeller var, at der ikke blev stillet så store krav til overflader, nøjagtighed og kvalitet, for det færdige produkt skulle jo først laves efterfølgende.

Sidenhen er teknologien modnet gevaldigt, og især introduktionen af metal 3D-print for ca. 10 år siden har været medvirkende til, at 3D-print nu i stigende grad bruges til produktion af slutprodukter, hvor man ikke kan leve med den samme usikkerhed i kvalitet og tolerancer som tidligere. Det stiller helt nye krav til produktionen, hvor der pludselig er behov at etablere processer, som sikrer, at man kan producere det samme produkt igen og igen i den rigtige kvalitet – med komplet dokumentation og sporbarhed.

Omskiftelig produktion stiller nye krav
3D-print bruges også stadig til produktudviklingsforløb, hvor kravene er nogle andre, så det er væsentligt at skelne mellem prototyper og færdige produkter. Men hvis der er tale om industriel produktion med 3D-print, bør man tilgå den på samme strukturerede måde som ved traditionel serieproduktion, for rejsen mod digital produktion kræver meget mere end blot teknologi. Derfor er det vigtigt at få identificeret og beskrevet de nødvendige procestrin, og den opgave har Center for Industriel 3D-print på Teknologisk Institut taget hul på.

- Den her tilgang, hvor alle processer er strukturerede, og hvor produktionen kører efter en fast skabelon, er inkorporeret i nærmest alle produktionsvirksomheder – men tidligere har det ikke været lige så kritisk i forhold til 3D-print, fordi fokus har været på prototyper. Men i takt med at 3D-print i stadig stigende grad bliver brugt til serieproduktion, er man nødt til at indarbejde dette mindset, lyder det fra Thor Bramsen.

En af udfordringerne er, at 3D-print i modsætning til traditionel fremstilling ofte bruges ved produktion af lavere styktal, og det betyder en hyppigere omstilling af produktionen. En mand får derfor ikke lov at stå med det samme emne eller den samme opgave i et halvt år, og derfor bliver den præcise udførsel vigtig – det stiller ekstra store krav til planlægningen.

Styr på proceskæderne
Når man snakker om industriel produktion med 3D-print er det også vigtigt at forstå, at det ikke kun handler om selve 3D-printet. Der vil altid være en række tillægsprocesser såsom efterbehandling, kvalitetssikring og måske traditionelle CNC-bearbejdningsmetoder for at overholde tolerancerne.

Serieproduktion med 3D-print kræver endvidere, at produktionsdata låses, efter at produkterne er indkørt. Sporbarheden af data i 3D-print produktioner er nemlig nøglen til at kunne udvikle og gentage produktioner.

- Sporbarhed kræver, at alle produktions- og procesdata skal være tilgængelige, og det øger vores evne til at eliminere fejl og dermed forbedre vores konkurrenceevne og produktivitet, hvilket er nogle af grundstenene i industrialisering. Hvis vi skal kunne finde ud af, hvorfor noget fx går galt, er vi nødt til at kunne finde tilbage til det, lyder det fra Thor Bramsen

Produktions- og procesdata ved 3D-print produktion kan fx være iltprocenten i svejseprocessen, den kemiske sammensætning af metalpulveret eller filens placering på 3D-print platformen. Hvis filen placeres forskelligt på platformen, kan det resultere i forskellige spændinger i det emne, der produceres. Disse spændinger kan så igen påvirke emnets geometriske udformning og dets mekaniske egenskaber.

Standardisering skal bane vejen for andre
Arbejdet med at optimere 3D-printprocesserne til serieproduktion er en del af resultatkontrakten Additive Manufacturing til industriel produktion (Metal 3D-print), somer støttet af Styrelsen for Forskning og Uddannelse og foregår i perioden 2019-2020. Her er målet at udvikle, forfine og dokumentere de forskellige produktionsprocesser.

Vi skal beskrive, hvordan vi arbejder, og så rent faktisk arbejde på den måde – og gøre det hver gang, så vi ikke gør tingende forskelligt. Kun på den måde er vi i stand til at opnå det samme resultat igen og igen, konkluderer Thor Bramsen.

På sigt skal det igangværende arbejde føre til en ISO-standardisering, som er vigtig i forhold til den bredere industrielle udrulning af 3D-print.