Artikel top billede

(Foto: Computerworld)

Komplet guide: Hop ind i en verden af 3D

Er du ny inden for 3D-print? Eller vil du blot gerne blive bedre? Det klarer vi.

Af Torben Okholm, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

De fleste mennesker har efterhånden hørt om 3D-print. Det er imidlertid ikke alle, der helt forstår, hvad det drejer sig om, hvordan det virker, hvad man kan opnå, hvilke begrænsninger det har – og mange forstår heller ikke, at 3D-print fører til teknologiske forbedringer verden over og forandrer vores hverdag. 3D-prints popularitet er eksploderet i de seneste år, og teknologien er blevet billigere og mere tilgængelig. 3D-print er en stadigt voksende platform for mange hobbyfolk, entusiaster og professionelle, og det er en teknologi, som tilbyder muligheder, man ikke ser andre steder.

Vi taler her om en teknologi, som bliver brugt på en meget lang række områder fra fremstilling af prototyper og konstruktion til lægevidenskab, herunder skræddersyede proteser, fodindlæg og andet. Det er en proces, der for alvor ændrer folks liv til det bedre, og som i de fleste tilfælde bidrager til at reducere mængden af restprodukter og affald som følge af produktion.

Vi skal guide dig igennem de grundlæggende aspekter ved 3D-print og viser, hvordan du kommer i gang, hvis du overvejer at anskaffe en 3D-printer. Du vil måske blot med fænomenet erstatte en ødelagt del, som ikke længere kan skaffes, lave en prototype på en ide eller simpelthen lege med teknikken og printe sjove ting. Uanset formålet kan 3D-print være en anelse udfordrende, men vi er hos dig. Lad os se at komme i gang.

Man kan lave alt fra kunstige lemmer til tegneseriefigurer med en 3D-printer.

Hvad er 3D-Print?

Vi begynder med at definere, hvad 3D-print er for noget. Det er kort sagt en proces, der består i at lave en håndgribelig genstand ved hjælp af en additiv produktionsproces med en digital fil som blåtryk. En typisk produktionsproces – for eksempel fræsning – er en subtraktiv produktionsproces, hvor man fjerner materiale for at fremstille den ønskede genstand. Det er en proces, som giver et stort materialespild, selvom man i nogle tilfælde kan genbruge eller sågar sælge disse biprodukter, der er en følge af produktionen.

3D-print er det stik modsatte. Her tilføjer man materiale med det formål at lave en genstand. Og her kommer vi til det interessante: 3D-print kan fremstille mere komplekse figurer og reducere den mængde spild, der bliver genereret, fordi processen kun bruger det, der er nødvendigt for selve genstanden og eventuelle understøttende strukturer.

Hvem kan bruge 3D-print?

Enhver. Som nævnt bliver teknologien mere og mere tilgængelig og økonomisk overkommelig for almindelige brugere. Det er ikke en teknologi, der er forbeholdt masseproduktion, specialistopgaver eller lægevidenskabelig forskning; det er virkelig noget, alle og enhver kan få brug for. 

Under Covid-19-pandemien har 3D-print været en meget vigtig ressource til fremstilling af værnemidler – navnlig åndedrætsværn, ansigtsvisirer og stropper til mundbind. Hele 3D-miljøet sprang til for at hjælpe med at levere udstyr, da der var mangel på værnemidler, og der er folk, som printer forsyninger, som gør gavn over hele verden. Linus Sebastian, Joel Telling og mange andre populære YouTube-stjerner har været involveret i en af de største 3D-print-udfordringer i vores tid i arbejdet på at imødekomme disse mangler. Hele 3D-miljøet har samarbejdet, og det er et vidnesbyrd om, at 3D-print for alvor er nået ud til hver eneste del af kloden.

Coronavirus-pandemien har givet 3D-printere nye opgaver, og brugere over hele verden har anvendt dem til at lave værnemidler, som kan imødekomme den globale mangel.

Flere typer af 3D-Printere

Vi tager for givet, at du stadig er nysgerrig efter at vide mere om 3D-print, og at du gerne vil prøve at printe din første model. Tiden er derfor inde til at nævne de forskellige former for 3D-printere – der findes andre metoder til 3D-print, men de her nævnte er de mest udbredte. Vi nævner også de enkelte metoders fordele og ulemper, så du kan danne dig et billede af, hvad de kan levere.

• FDM-printere: En FDM-printer (fused deposition modeling printer) er gerne det, man først tænker på, når talen falder på 3D-print. Disse enheder er kolossalt populære og i det store og hele kendte for deres brugervenlighed. En FDM-printer kan arbejde med et enormt udvalg af plastikmaterialer eller filamenter, som hver har deres positive og negative egenskaber. Filamenter kan typisk fås med en diameter på 1,75 mm, og de sælges i form af en kabelrulle, der leder den løse ende ind i printeren via et rør, hvorefter den bliver opvarmet og ekstruderet. Når plastikmaterialet bliver ekstruderet, bliver hvert af modellens lag produceret langs en X-, Y- og Z-akse.

FDM-printere findes typisk i to varianter: kartesiansk og delta. Forskellen mellem de to består i den måde, hvorpå maskinen bevæger og separerer X-, Y- og Z-akserne. I en kartesiansk printer bevæger hvert element eller hver akse sig kun i én retning, mens en deltaprinter hurtigt og frit kan gå i alle retninger.

FDM-printere er sikre i brug på trods af, at de bruger varme til at smelte filamentet; den eneste bekymring gælder udledningen af organiske opløsningsmidler. Hvis man sørger for at arbejde i et ventileret rum og følger producentens anvisninger, bør alt være i orden. Disse printere er de billigste, og nogle af dem indeholder endda selv 3D-printede dele. Det betyder, at man selv kan printe reservedele til printeren.

Det er en lidt større udfordring at genbruge FDM-print, fordi der er så mange plastikmaterialer, man kan printe med. De er heller ikke de mest nøjagtige printere, men til daglig brug hos den almindelige forbruger vil tolerancerne ikke være meget vigtige. Energiforbruget kan dog være ganske højt, navnlig ved langvarige printopgaver. Når en printer skal varmes op til 200 grader i mere end et par timer, kommer elmåleren på arbejde.

Prusa Mk3 med multi-materiale-opgradering, en typisk kartesiansk  3D-printer.

Delta-printhoveder kan hurtigt og nemt bevæge sig i enhver retning.

• SLA/DLP-Printere: Stereolitografi-printere (SLA-printere) adskiller sig markant fra FDM-printere. SLA var den første kommercielt udbredte 3D-printer, og metoden bruger ikke plastik, men snarere resin. Disse printere sender en laserstråle ind i en beholder med materiale, hvorved resinen bliver formet meget kontrolleret og præcist.

Printfladen bliver nedsænket i resinen, og ved hjælp af spejle, der styrer en UV-laser, bliver printet dannet lag for lag og hærder næsten med det samme. Når en resinprinter er færdig med et print, skal hver model skylles af med et opløsningsmiddel, der fjerner eventuel ubearbejdet resin.

Resintyperne omfatter standard, klar, castable og tough, der egner sig til forskellige formål. Printene er af høj kvalitet og henvender sig til dem, der ønsker mere, end en FDM-printer kan tilbyde. De leverer stærke, strukturerede print og korte printtider, og eventuel ubrugt resin kan gemmes til det næste print. Ulemperne ved SLA-printere er, at resin lugter; der er altid en stor risiko for, at man spilder noget; og man skal bruge organiske opløsningsmidler, når man arbejder med dem. Printprocessen er også mere kompleks, idet den kræver flere trin, før modellen er færdig. Printerne er tillige dyrere i anskaffelse og brug. Man skal også tage printfladens størrelse i betragtning, og det afhænger igen af formålet med printeren. Det kan man illustrere med et eksempel: En Prusa Mk3S-FDM-printer omfatter en printflade på 24,9 x 21 x 21 cm, mens dens resin-slægtning, SL1, har et printområde på kun 11,9 x 6 x 14,9 cm.

Digital lys-bearbejdelse-printer (DLP) minder meget om SLA-printere, idet en DLP-printer ikke bruger filament til at lave en model, men derimod resin. De omfatter også en beholder med resin, men de bruger en digital projektorskærm til at “flashe” printbilledet i stedet for en UV-laser. Det er en ret kompleks videnskab, og printkvaliteten hos de fleste DLP-3D-printere varierer mellem 35 og 100 mikrometer. Det er ikke helt enkelt at sammenligne opløsning hos en SLA-printer og en DLP-printer, fordi en UV-laser bruger en prik, mens en DLP-printer bruger en pixel. Begge teknikker leverer generelt fremragende printkvalitet og høj præcision.

En designer af ortopædiske produkter bruger CAD til at udvikle udstyr på en computer, før den endelige enhed bliver lavet ved hjælp af 3D-printning.

• SLS-Printere: Selective laser sintering-printere (SLS) bruger også en laser til at producere et print. De udgør et populært valg inden for kommerciel produktion. De fungerer på den måde, at der bliver fordelt et pulver på printfladen. Printeren opvarmer dette pulver til lidt under dets smeltepunkt, hvorefter laseren bliver affyret mod specifikke dele af pulveret og smelter det. Det ikkesmeltede pulver fungerer som støttemateriale under processen, og det bliver genbrugt, når modellen bliver fjernet fra printfladen.

Nylon er et populært valg af materiale til en SLS-printer, fordi det giver mulighed for at fremstille stærke enheder. Disse enheder har imidlertid en ru overfladefinish, som man kan slibe, så de bliver glatte. Den største fordel ved SLS-printere er muligvis genbrugen af det støttemateriale, der bliver brugt; i forbindelse med andre printere går dette materiale som regel til spilde. 

SLS-printere er typisk dyre i anskaffelse, og det afskærer de fleste fra at købe dem. De modeller, som er på markedet, kræver en afkølingsproces, og derfor er de ikke egnede til fremstilling af hurtige prototyper. Den mest markante anstødssten er imidlertid, at de kræver højtudviklet teknologi og bruger en masse energi, og det gør dem uinteressante for de fleste mennesker.

Formlabs Form 3L-stereolitografi-printer ser futuristisk ud med sine lysende indre dele.

Prusa SL1-resinprinter har en mindre printflade end firmaets FDM Mk3S-model.

Som firmaets navn antyder, er Sinterit Lisa Pro en SLS-printer.

Et dybere dyk

Vi har kort skitseret flere af de forskellige former for 3D-printere på markedet, men lad os se nærmere på en af dem for at give et bedre indblik i nogle af de mest almindelige dele. I betragtning af at FDM-printere er de mest udbredte og de mest populære blandt hobbyfolk, vil vi dykke lidt dybere ned i deres verden. En FDM-printer virker på den måde, at den lægger lag på lag af materiale, indtil genstanden er færdig – ligesom en bunke papir, hvor hvert ark er et krydssnit af genstanden. Man kan også tænke på at putte flødeskum på en kage: Man presser flødeskummet ud i cirkler oven på kagen igen og igen for at gøre den højere. Nogle sammenligner processen med en limpistol, der presser den smeltede lim ud. Når limen køler af, stivner den.

Der findes nogle få begreber og komponentnavne, som man møder i 3D-printernes verden, og dem bruger vi lige lidt tid på for at undgå forvirring.

Guide til filamenter og materialer

Når du har læst artiklen, ved du en masse om de typer af printere, der er på markedet. Men hvad skal man gøre for at få dem til at virke? Udvalget af filament – eller materiale – er bestemt ikke beskedent. Lad os se nærmere på sagerne.

Filamenter er i grunden spoler af plastik, ligesom en kabeltromle. De bliver typisk solgt i spoler på 750 g og 1 kg, og de kan fås i forskellige typer af plastik og i forskellige farver. De henvender sig specifik til FDM-printere, og hver type af plastik har sine egne enestående egenskaber. Nu om dage man kan sågar få filament, der er træ-baseret, fleksibelt eller af kulstof. Der vil utvivlsomt være noget for enhver. Her koncentrerer vi os om de efter vores erfaring mest udbredte typer af FDM-filament, og vi kaster også et blik på resin.

Pift dine print op med et stort udvalg af filamentfarver.

PLA: Polylaktisk syre er et af de mest udbredte filamenter på markedet. Der er tale om en plantebaseret plastik, som er en glimrende genbrugelig kilde til filament. Da PLS er et naturprodukt, bliver det imidlertid med tiden nedbrudt i sollys, og hvis det bliver udsat for fugt. Men til brug inden døre eller til projekter, der kræver ringe eller ingen strukturel styrke, er PLA det ideelle materiale. PLA kræver også en lavere printtemperatur end andre filamenter – omkring 200 grader – og det sparer på energien.

PETG: Polyætylen-tereftalat-glykol er et andet populært valg af filament for hobbyfolk, men det kræver højere temperaturer end PLA – tæt på 250 grader. Fordelen er en større fysisk styrke end hos PLA, og det kan bruges udendørs. PETG printer dog ikke så rent som PLA – det har en tendens til at danne strenge, altså trække spindelvævlignende tråde af filament, mens det printer, og det kræver rensning efter endt printning.

ABS: Akrylonitril-butadien-styren er et andet billigt filament, som man kan bruge på en FDM-printer. Det har nogle ulemper: Det har en tendens til at krympe en smule, og det lugter ikke ret godt. ABS bliver brugt i mange brancher, fordi det har fremragende slidstyrke. Det kræver imidlertid høje temperaturer og en opvarmet printflade.

Resin: Resinprintere bruger ikke overraskende resin i stedet for plastik til at lave print. Der er grundlæggende tre valgmuligheder: standard, hærdet (tough) og medicinal. Standardresiner er gode til prototyper og små genstande, og de kan fås i en række farver, men de er generelt ikke egnede til masseproduktion. Hærdede resiner er mere fleksible, og man kan bruge dem til langt flere formål og i situationer, hvor de bliver udsat for belastning. Medicinal-resiner bliver brugt, når der stilles krav om kliniske kvalitetsniveauer, og man kan bruge dem til at printe et væld af forskellige genstande.

• Printflade: Printfladen er det område, hvor modellen bliver bygget, idet den bliver lavet fra grunden, mens der bliver tilføjet mere materiale for hver omgang. Selv printfladen kan være opvarmet eller ikkeopvarmet, afhængig af producenten. En opvarmet flade holder en konstant temperatur under printprocessen, og det hjælper med til at forhindre, at modellen bliver forvredet under afkøling. Nogle printere har endda en aftagelig printflade, som gør det nemmere at fjerne modellen; andre har glatte og mønstrede ark, der giver visse modeller en mønstret overflade. Printfladens størrelse afgør, hvor stor en genstand man kan printe – i nogle tilfælde kan man dele større modeller op i flere dele, så man bagefter kan lime dem sammen.

• Hot End: Hot end er et begreb, der dækker en gruppe af komponenter: varmer, temperaturmåler og dyse. Filamentet kommer ind via ekstruderen, bliver varmet op til en smeltet tilstand og bliver så printet gennem dysen. Som navnet antyder, bliver hot ends meget varme – omkring 250 grader – og derfor er de isolerede for at beskytte os og resten af 3D-printeren. Det er værd at bemærke, at forskellige materialer bliver bedst printet ved forskellige temperaturer, og denne temperatur bliver styret via et stykke software, der hedder en slicer – den vender vi senere tilbage til.

Jo mindre dysen er, desto bedre bliver slutresultatet.

• Ekstruder: Ekstruderens opgave er at trække filamentet igennem fra spolen og skubbe det ind i den varme ende af printeren, således at det kan blive opvarmet. Kraften bag denne proces tillader så det smeltede plastik at flyde ud gennem dysen. Det foregår som regel ved hjælp af et par tandhjul og en motor, som styrer printets hastighed. Disse enheder befinder sig som regel der, hvor printhovedet er monteret. Nogle printere er også udstyrede med to ekstrudere med henblik på printning i to forskellige farver. En anden type ekstruder bruger noget, man kalder et Bowden-rør. Her bliver ekstruderen ikke direkte forbundet med printhovedet; røret fører filamentet fra ekstruderen til printerens hot end.

• Dyse: De fleste printere bruger en standarddyse på 0,4 mm, men der er mange størrelser til rådighed. De har en direkte indflydelse på printets endelige kvalitet – jo mindre diameter, desto højere printopløsning. Dyser bliver som regel lavet af messing, men der findes også specialiserede dyser til grove filamenter; de er hærdede og lavet af rustfrit stål. Grove filamenter slider på dyserne, og det påvirker printkvaliteten, fordi de slider åbningen af.

Et Bowden-rør virker anderledes end en standardekstruder og fører filament til printerens hot end.

Printfladens størrelse afgør, hvor store produkterne kan være, og om de skal sammensættes af flere dele.

Omgå hot ends med varsomhed – de bliver estremt varme.

Lær maskinen at kende

Det er ikke afgørende, at man ved alt om, hvordan en 3D-printer virker, eller hvordan den er konstrueret. Men det kan være nyttigt. Hvis man lærer det grundlæggende om printerens konstruktion, er man bedre rustet, hvis man senere løber ind i problemer, eller hvis en del svigter. Ligegyldigt hvilken printer man har, vil noget før eller siden gå galt – et print går i stå på halvvejen, eller et bælte brister. Man skal også foretage noget vedligeholdelse, og det er derfor godt at lære maskinen at kende.

Nogle producenter giver kunden mulighed for at købe maskinen som samlesæt. Det gælder for eksempel for Prusa med MK3S og Mini. Det kan umiddelbart lyde skræmmende, men det er virkelig værd at overveje – det er gennemgående nemmere, end man skulle tro, og man lærer så meget om, hvordan printeren fungerer. Prusa er kendt for sin fremragende samleguide og for sine fora.

Man kan også finde samleanvisningerne på firmaets website, og her kan man tillige stille spørgsmål undervejs. Det indebærer, at Prusa kan vurdere spørgsmålene og revidere samleguiden, så den bliver endnu mere tydelig. Det giver også andre brugere mulighed for at bidrage med deres egne erfaringer, som man kan tage ved lære af.

Sommetider er det sværeste ved 3D-print at vælge, hvad man vil printe.

3D-printning i praksis

Du er rede til at gå i gang med at printe, men hvordan bærer du dig an med at omdanne din idé til virkelighed? Processen omfatter en række trin, og dem skal vi nu se på.

3D-Modeller: Hele proceduren begynder med en idé, som man kan omsætte til en 3D-model, der er skabt af dig og dig alene, eller som stammer fra et af de mange designwebsites, der er til rådighed. Der findes nogle strålende ressourcer på nettet, hvis man blot vil lege med at printe nogle smarte modeller. De kan variere fra simplistiske og dagligdags genstande, der er nyttige i hjemmet, til mere komplekse projekter, som kræver, at man sammensætter adskillige 3D-printede dele.

Thingiverse (www.thingiverse.com) er et af de mest populære websites til download af 3D-modeller. Folk kan også blande disse modeller og uploade resultatet, når de har forfinet originalen eller tilføjet deres tvist. Hvis man derimod er ude efter modeller, som man kan printe og sælge, er Thingiverse næppe sagen, fordi de fleste modeller er undergivet en form for licensbetingelser. Hvis man vil sælge print, klarer man sig bedst ved at lave sine egne modeller.

CAD: Hver eneste model bliver designet i CAD-software (computer aided design) og derefter eksporteret i et specielt filformat, typisk OBJ eller STL. Hvis man selv vil være med i designfasen i stedet for at downloade modeller, er der mange muligheder. Fra grundlæggende software på begynderniveau såsom TinkerCAD til det meget komplekse Fusion 360 – der er noget for ethvert erfaringstrin. Andre muligheder er software fra SketchUp, Blender, FreeCAD og mange andre.

Valget må afhænge af graden af erfaring. Til begyndere vil vi anbefale at bruge et grundlæggende værktøj til at komme i gang. Så kan man senere gå videre til noget mere udfordrende. Nogle softwarepakker er freeware, andre tilbyder en prøveperiode, og nogle kræver en licens, hvis man vil bruge dem. Det er også værd at bemærke, at hvis man vil eftergøre genstande i den virkelige verden, findes der 3D-scannere, som man kan bruge til formålet. Den løsning passer ikke til alle, men det kan være en løsning på specifikke behov.

Slicer: Nu kan magien begynde. Efter at man har designet sin model og eksporteret filen, skal man importere den specielle filtype til et andet stykke software, som bliver kaldt en slicer. Sliceren er måske den vigtigste del af processen. Dens opgave er at kontrollere nøjagtig, hvordan den 3D-model, som man har importeret, bliver produceret på printeren. Her har man mange muligheder, ikke blot når det gælder valg af slicer – de fleste er gratis – men også vedrørende det endelige output, som bliver vakt til live af selve printeren.

Betragt det ligesom grafikmenuen i et spil. Opløsningen betyder i 3D-sammenhæng, hvor tyndt eller tykt hvert lag er. Hvis man vil have flere detaljer, skal man bruge større opløsning, og det vil sige flere lag i printet. Det svarer til at have en 4K-skærm, der er indstillet til 1080p – den fysiske størrelse er den samme, men detaljeringsgraden er lavere. Skru den opløsning op til 4K, eller i printjargon: Reducer lagtykkelsen. Jo flere detaljer man har, desto bedre bliver printet.

En slicer giver mange muligheder – flere end vi har plads til her – men når man har besluttet sig for de indstillinger, man vil printe ved, eksporterer man den endelige kode, som 3D-printeren kan læse.

Det er udfordrende at bruge 360 til at designe modeller, men det kan være meget tilfredsstillende.

Vælg den rigtige Printer

Vi fortsætter ufortrødent. Du er nu med på at ile ud og købe en fin ny 3D-printer, men hvilken maskine skal du vælge? Den største? Den dyreste? Den mest “likede” på sociale medier? Den, din kollega fik i fødselsdagsgave? 

Svaret bliver sandsynligvis ingen af disse muligheder, og det må vi hellere lige vende. 

Tiden er inde til at være voksen og forstandig og spørge sig selv, hvad man har brug for, når det gælder 3D-print. Blot fordi en printer er den dyreste og har alle funktionerne, betyder det ikke nødvendigvis, at den er det rigtige valg for dig. Du har måske ikke brug for de funktioner til de ting, du har tænkt dig at printe, eller måske er printeren så stor, at du ikke har plads til at have den stående. Det er på sin plads at gå et skridt tilbage og indsnævre feltet en lille smule.

Før vi fortsætter, skal vi tjekke nogle facts. I betragtning af at du læser et pc-magasin, går vi ud fra, at du har en forholdsvis moderne pc. Det er en af de første ting, du skal have styr på. Hvis du ikke kan oprette eller downloade en 3D-genstand, er der nok ikke store chancer for, at du kan printe en. Hvis din pc er lidt bedaget, kan det være på tide at overveje en opgradering, før du begynder at lave og redigere dine egne modeller. Hvis du simpelthen vil downloade modeller og printe dem, er situationen ikke så slem. Sagen er, at opgraderinger koster penge, og hvis man skal opgradere sin pc, må pengene formentlig blive taget fra dit printerbudget. Det, der passer til én person, egner sig måske ikke til en anden, men hvis du overvejer punkterne herunder, bliver du bedre rustet til at undgå, at du bruger en masse surt tjente penge på en printer, som ikke passer til dine behov. Disse punkter står ikke i nogen særlig rækkefølge – du synes måske, at funktioner er vigtigere end budget, for eksempel – og du bør derfor afveje dine egne prioriteringer.

PrusaSlicer er en af de bedste gratis slicere, man kan få.

• Har du brug for en? Før du beslutter dig for, hvilken printer du vil købe, bør du tænke over, hvad den skal bruges til. Hvis den blot skal klare nogle få hurtige projekter, hvorefter den bliver stillet til side for ikke siden at se dagens lys igen, kan det være bedre at opsøge en lokal forretning eller en onlineprintudbyder, der kan klare opgaven for dig. Selv hvis der er tale om en realistisk investering – for eksempel oprettelse af prototyper – kan det alligevel være klogt at bestille det første design hos en onlinetjeneste. Det er en økonomisk løsning, hvis man vil finde ud af, om ens idé eller projekt er værd at investere i.