3D-printing?

Den relativt korte IT-historien er full av hypede løsninger og teknologiprofeter som vil overta verden når bare teknologien bli videre utviklet. Yrkesgrupper, blant annet oss jurister, skulle kunne bli erstattet av “ekspertsystemer”. Vi skulle boltre oss i “virtual reality” hvor body-suits med sensorer og stimulatorer skulle erstatte menneskelig kontakt. Penger skulle forsvinne og bankene bli unødvendige når bare teknologien ble litt bedre. Og nå skal vi visst kunne produsere alt vi trenger hjemme på en “3D-printer”.

Typisk nok fremstilles det som et IT-spørsmål, og media forteller begeistret om en eller annen 16-åring som har laget et eller annet, som når en 16 åring klarer å “printe” en dommerfløyte i plast på sin hjemmelagde “printer”. Man får til og med lyd i den! Han har også laget en stygg plastikkgnom som skal være “pynt”. Noen andre har laget et sykkelkjede. Og tenk, sykkelkjedet henger sammen! Men kan man sykle med det? Er det noe vi kan være sikre på, så er det at det som en 16-åring kan lage hjemme ikke er “høyteknologi”.

Historiene er stort sett de samme: Vi får se noen enkle prototyper. De fungerer ikke særlig godt. Men det er alltid noen som begeistret kan fortelle at dette vil bli videreutviklet, og da … Som Morten Dæhlen sier til NRK:

“3D-printerne blir etter hvert så nøyaktige at de klarer å lage ting som er gode nok som et produkt. Og de kan lages i forskjellige materialer. Det meste vi bruker det til nå er plastmaterialer, men det kan også lages i metaller. Og når de blir gode nok kan de produsere ferdig deler.”

The next big thing. I fremtiden vil det bli så mye bedre, og da skal vi overta verden. Men mange andre materialer en dagens plastikk. Forsker Kyrre Glette fortsetter i samme artikkel:

“Man kan printe ut i metaller, men med en litt annen prosess. Da har man pulver som man smelter og så størkner med en laser. Aluminiumspulver for eksempel. Har du en stor nok printer kan du i teorien printe ut en sykkel.”

Jeg skal ikke skryte på meg veldig inngående kunnskap om metaller. Men jeg vet såpass at temperatur, avkjølingstid og annen bearbeiding betyr en del for materialkvaliteten. Aluminium smelter ved ca 660 grader. Men metallet må nok varmes opp til en betydelig høyere temperatur for å få gode støpeegenskaper. Om jeg har forstått det rett må temperaturen opp mot 900 grader før metallet blir tyntflytende. Det må vår “printer” kunne håndtere om vi skal kunne “skrive ut” en sykkel. Jeg har ikke noen tro på et aluminiumspulver som man bare løser opp i vann eller et annet løsemiddel (som ikke gir løsemiddelskader) og sprøyter ut.

Aluminium er helseskadelig, om vi skal tro opplysningene på Wikipedia:

“Aluminiumsstøv kan føre til lungeforandringer i form av økt bindevevsdannelse og emfysem. Akutt kan man få metallfeber og irritasjon i luftveier og i øynene. Ved sveising av aluminium vil også andre legeringselement forgasses og er forbundet med betydelig helsefare hvis ikke friskluftmaske brukes.”

Aluminium kan dessuten være eksplosivt. Det er derfor aluminiumspulver er vanlig i fyrverkeri.

Vi hører ofte uttrykket “det er ikke akkurat rocket science” når noe ikke er veldig avansert. Materialkunnskap er “rocket science”. Noe som nærmest i bokstavelig forstand er rocket science er noe så tilsynelatende enkelt som å produsere ølbokser i aluminium. Det skal være lett og veggene er tynne. Men samtidig skal det være sterkt nok til at man kan stable paller med øl uten at de nederste boksene synker sammen under presset. Akkurat som en rakett skal være lett, men samtidig solid nok til at den tåler de kreftene den blir utsatt for. Kan sprøytemakerne med sitt pulver få materiale med den nødvendige kvalitet? Det er da ikke uten grunn at metall gjerne valses og ikke støpes når man skal ha tynne plater med riktig materialkvalitet? Man kan ikke støpe en god kniv. Stålet må smis for at man skal kunne få en skarp egg. Å skulle “printe” en kniv som er noe annet enn et leketøy vil derfor være ganske utenkelig.

Mange materialer som den uvitende kanskje kan forestille seg som støpematerialer får sin styrke av krystallstrukturer som danner lange fibre. Karbon, som har stor styrke i forhold til vekten og derfor brukes i dyre sykkelrammer, tennisracketer, golfkøller, karosserideler, skuddsikre vester, osv, lages ved at lange fibre i “bunter” eller matter blandes med bindemiddel, f.eks. epoxy. Om jeg har forstått det rett må det hele varmebehandles i en “stekovn”. Glassfiber fungerer på samme måte, og man snakker gjerne om glassfiberarmert plast når man f.eks. lager båter. Karbonpulver, som ikke har en krystallstruktur som danner fiber, har ingen styrke. Det samme gjelder glasspulver. Man får ikke styrke i et plastskrog ved å blande glasspulver i plasten. Det må være fibermatter. Dermed kan man glemme sprøytestøping av alle gjenstander som krever denne form for styrke og letthet. Man vil f.eks. ikke kunne “printe” en tennisracket som det faktisk går an å spille tennis med. Kanskje kan man se for seg sykkelkjeder i komposittmaterialer, f.eks. med karbonfiber. Men et slikt kjede vil ikke kunne “printes”. Et kjede som er støpt i plast uten noen form for armering vil i beste fall kunne fungere som leketøy.

Dette handler ikke om IT. Datamaskinbasert konstruksjons- og produksjonssystemer har vi hatt lenge. Industriroboter er bare et eksempel. Datamaskinstyrt dreie- og freseutstyr er andre. Men med religiøs overbevisning kaster trollmennenes læregutter seg nå ut i produksjons- og materialteknologi. En “printer” skal kunne produsere alt, i alle typer materialer.

Det kan godt hende at man kan lage enkelte deler ved at det sprøytes i plast i en prosess hvor det sprøytes lag på lag, i stedet for at det sprøytes i en form. Men enkelt vil det ikke være og det vil være store begrensninger i hva man kan lage. Når man ikke har en støpeform må produktet være selvbærende i hele produksjonsprosessen. Materialet må være tyntflytende om man skal kunne sprøyte med presisjon. Det som sprøytes på må størkne eller herde så fort at det ikke flyter ut, og det må ha størknet nok til å gi fundament for neste lag før dette sprøytes på. Samtidig må det ha egenskaper som gjør at forbindelsen mellom sprøytelagene blir sterk, slik at det ikke blir som en sprø terte som faller fra hverandre i tynne lag om man pirker på den.

Glass må kjøles ned meget langsomt om det ikke skal bli spenninger i glasset som får det til å eksplodere. Om jeg husker rett, så kjøles glass langsomt ned i en nedkjølingsovn i omtrent et døgn etter bearbeiding. Jeg tror ikke glass lar seg forme i en prosess hvor man sprøyter lag på lag, og i alle fall ville man få store problemer med kvaliteten. Noe tilsvarende kan sikkert gjelde for andre materialer.

Går vi tilbake til aluminium må det antageligvis sprøytes med en temperatur rundt 900 grader og kjøles ned til i alle fall 600 grader før neste lag kan sprøytes på. Kanskje må den kjøles mer for at den varme aluminiumen som sprøytes på ikke skal smelte underlaget. Her vil man nok møte mange spennende utfordringer! Det kan kanskje være en måte å lage prototyper hvor bare form og ikke andre egenskaper er viktige. Men det spørs om denne teknologien til slik bruk kan konkurrere den velprøvde metoden med å lage unika for hånd. Kanskje kan det i noen tilfeller brukes til å lage former hvor man skal lage individuelt tilpassede deler basert på en 3D-skanning av en modell. Men det handler nok mye mer om kjemi, metallurgi og annen materialkunnskap enn om IT.

Men skal vi lage dette hjemme hos oss selv, på en universaldings som noen misvisende har funnet på å kalle en “printer”? Med et lager av alle mulige materialer og kjemikalier som trengs til ulike produksjonsprosesser? Som noen slags høyteknologiske alkymister? Med krav til temperaturkontroll, håndtering av brennbare stoffer og sikkert mange giftige avgasser fra sprøyteprosessen? Og masse spennende pirkearbeid når dysene i sprøytemaskinen skal rengjøres og eventuelt klargjøres for å “printe” med et annet materiale? Det har jeg ingen tro på. Det bli neppe så mye mer enn en krysning av “Den lille kjemiker” og Mekano (eller kanskje Lego Technic er en bedre referanse i dag).

Datamaskinstyrt sprøytestøping vil være en langt mer dekkende betegnelse enn “3D-printing”. Men den er nok ikke like salgbar overfor media og de som man håper skal gi penger til slik virksomhet. Vi vil nok se det i noen former, og sannsynligvis er slike teknologier allerede i bruk noen steder uten at noen har kommet på at sprøytemaskinen er en “printer”.

 

Print Friendly
  • Olav, sjekk denne videoen om produksjon av deler for veteranbiler: 
    http://www.youtube.com/watch?v=ggvzcGdZsTc

  • …og her er Jay Leno’s kommentarer til teknologien: 
    http://www.jaylenosgarage.com/extras/articles/jay-lenos-3d-printer-replaces-rusty-old-parts-1/index.shtml 

    Utstyret koster idag under NOK 100000 og produserer deler i høykvalitets plast, som siden kan brukes til å lage dem i metall.

    Jeg er enig med deg i at denne teknologien ikke kommer til å printe tennisrackerter på gutterommet på en stund, om noensinne, men som en teknologisk platform for å ta opp konkurransen med kinesisk og annen billig arbeidskraft er den svært interessant – lokal produksjon, trenger ikke lange serier, og så videre.

  • Pingback: 3-D printere og industriens fremtid | Tversover()

  • OlavTorvund

    At man kan lage plastprodukter som ikke trenger armering, det ser jeg. Også at disse kan brukes til å lage former, og at man på denne måten kan overføre “støpeform” i digitalt format. Men når man begynner å snakke om å “skrive ut” en sykkel i aluminium og at man skal kunne lage alle typer produkter i alle mulige materialer, da er jeg ikke med lenger.

    Robotteknologi gjør vel allerede at en del produksjon flyttes tilbake fra Kina og andre land i Østen? Nærhet til kunden som gir mulighet for brukertilpassede produkter med rask levering, det bør det være et marked for.

  • Ny teknologi hypes jo alltid opp av de ‘nyfrelste’ tilhengerne. Så går det en tid hvor det nye finner sin plass. Men det er jo sjelden at det blir så revolusjonært som de første tilhengerne mente det skulle bli. Det er vel sånn med 3D-printing også, det finner sin nisje. Og sånn er det med det meste- 

    Noen som husker CD-ROM på slutten av 90-tallet? Var det ikke en reklame som fortalte at man ville bli helt akterutseilt om man ikke mestret det på fingerspissene – for der fikk man de nyeste oppslagsverkene mye raskere enn i bokform. Så skjedde det noe …

  • OlavTorvund

    Mye opp-hypet teknologi har vist seg nyttig når man bare har kommet ned på bakken. Slik blir det sikkert med dette også.

    Som regel blir det nye et nytt verktøy ved siden av de andre verktøyene man hadde fra før — godt egnet til sitt bruk. Men det revolusjonerte ikke verden.