Nye og spændende materialer til 3D-print - hvad er på vej og hvad rykker

Materialeudviklingen inden for 3D-print er et område, der tiltrækker sig stor interesse. Et godt 3D-print afhænger nemlig ikke kun af den maskine, man printer på – det afhænger i høj grad også af de materialer, man bruger. MEN materialeverdenen kan virke stor og ofte uoverskuelig, og det kan være svært at holde sig opdateret. Her forsøger vi at skabe lidt overblik over nogle af de mange spændende plast- og metalmaterialer i 3D-print universet.

Alle fremstillingsteknologier har nogle materialemæssige begrænsninger. Ligesom man ikke kan støbe eller fræse i alle materialer, så kan man heller ikke 3D-printe i alle materialer. Til gengæld sker der lige nu rigtig meget inden for udviklingen af materialer til 3D-print - og der kommer nærmest nye materialer dagligt. For at efterleve begrænsningens ædle kunst, har vi i denne artikel valgt at koncentrere os om plast- og metalmaterialer.

Plast eller metal? Sådan vælger du det rigtige materiale

Plast og metal er begge gode og solide materialetyper, som har hver deres fordele og ulemper. Kigger vi på styrkesiden, så vinder metalmaterialer overlegent. Kigger vi på pris og bearbejdningsgrad, så vinder plastmaterialerne. Kort sagt kræver det mere at printe i metal end i plast.

Metal 3D-print kræver en højere grad af specialiseret viden – særligt omkring proceskontrol – og der er større krav til maskiner og efterbehandlingsudstyr såvel som den energi, der kræves for at producere. Når det er sagt, er disse ekstra kompleksitetsgrader ofte umagen værd, da metal kan fremstille nogle meget komplekse geometrier ved brug af materialer som rustfrit stål, aluminium, titanium, Inconel etc. Metaller har ofte en væsentlig højere ydeevne end plastik, og med den designfrihed, som 3D-print giver, kan 3D-printede metalmaterialer skabe nogle imponerende resultater.

- Når virksomheder skal beslutte, hvilke materialer, de vil anvende til deres emner, bør de vurdere funktionen af emnet som det første – og kigge på, hvad emnet har af behov. Skal det være stærkt, let eller varmeledende? Hvad skal det kunne? Hvilken funktion skal det udføre? Det er tit her, man kan vinde noget, hvis man allerede i udviklingen overvejer materialet på baggrund af funktionen. Men det kræver en ændring i mindset. Ideelt ville man tænke funktion og så udvælge materiale på den baggrund, fortæller Lasse Haahr-Lillevang, konsulent i Center for Industriel 3D-print ved Teknologisk Institut.

Hvornår er materialer egnede til 3D-print

Et brugbart materiale til 3D-print, skal kunne holde til printprocessen. Når man bygger et emne med laser – som er en af de teknologier, der ofte bruges til 3D-print i både plast og metal – så smeltes materialet, hvorefter det størkner. I den proces trækker materialet sig sammen, og det giver nogle enorme spændinger, som kan resultere i deformationer eller mikrorevner overalt i emnet. For at et materiale er egnet til 3D-print, er det derfor en vigtig kvalitet, at det kan smeltes og få fast form igen uden voldsomme udfordringer.

Historisk har man taget de materialer, som i forvejen bliver brugt i industrien, og som i princippet godt kan printes, fordi deres kvaliteter er kendte – men der er et kæmpe potentiale, hvis man er villig til at kigge ind i materialer, som er udviklet specifikt til 3D-print.

- I industrien vil man helst vil arbejde med de materialer, man kender i forvejen - fx rustfrit stål, som er fint at printe i, men som ikke er udviklet til print. Derved er der nogle frugter, man ikke får høstet, men som er klar til høst. Det er netop derfor, at man bør kigge på funktionen først og bestemme materialet ud fra den, siger Lasse Haahr-Lillevang.

Legeringer giver nye kvaliteter

Antallet af kendte legeringer på markedet vokser støt i takt med at markedet generelt vokser, men man er nu i højere grad begyndt at udvikle materialer specifikt til 3D-print. Eksempelvis har Uddeholm udviklet en værktøjsstål, AM Corrax, der er meget korrosionsbestandig. Indenfor luftfarten, hvor vægten er altafgørende for funktionen, er eksempelvis Scalmalloy, udviklet af APWORKS, kommet på markedet, hvor der er tilføjet scandium til aluminium for at gøre det lette aluminium meget stærkt. En anden type materialeoptimering er fra Elementum 3D, der har udviklet Metal Matrix Composits (MMC’s) til 3D-print - altså hvor de har tilføjet et keramisk materiale til kendte legeringer for at få øget ydeevne af legeringerne, men også for i det hele taget at være i stand til at printe i de stærke aluminiumslegeringer. De keramiske tilsætninger har vist sig at stabilisere printprocessen, så nogle af de højt ydende aluminiumslegeringer (A6061, A2024, A7050) er blevet tilgængelige. 

Meta-materialer – hvad er nu det for noget?

Meta-materialer er, hvor man har et materiale, og gennem design og struktur – fx en gitterstruktur eller en porøs struktur – designer sig til forskellige egenskaber. Via gitterstruktur kan man lave noget, som er let og stærkt, eller noget som knækker og kvaser på den rigtige måde – der kan indbygges mange features i et emne gennem meta-materialer.

Emnets kvaliteter afhænger derfor ikke kun af det brugte materiale men også af den struktur, man vælger at bygge emnet i. Det er et stort forskningsområde, men det er meget sjældent, at vi møder designere, der designer med gitterstruktur for øje. Det er tit den ydre geometri, man fokuserer på, men det er vigtigt også at huske den indre struktur, da man kan opnå andre funktionaliteter

- Lasse Haahr-Lillevang, Teknologisk Institut

Fx kan man ved hjælp af gitterstruktur gøre et emne stødabsorberende eller vibrations-absorberende, som det bl.a. kan ses i denne case fra pickup-producenten Ortofon. 

Nye materialer på vej

Der er rigtig mange nye materialer på vej, og mange af dem er meget spændende. Særligt inden for legeringer og meta-materialer er der en enorm udvikling.

- Vi er jo nærmest ikke gået i gang endnu – der er rigtig meget mere at opdage, slutter Lasse Haahr-Lillevang.

Nedenstående tabel giver et overblik over nogle af de forskellige materialer – både de eksisterende og de, der er på vej. 

Læs mere om materialer til 3D-print

To hurtige til 3D-print specialisten

To hurtige til Lasse Haahr-Lillevang, 3D-print specialist i Center for Industriel 3D-print: