Begrebet stereolitografi SLA, blev I 1986 opfundet af Chuck Hull. Han tog samme år patent på en metode og en fremstillingsteknik til produktion af faste objekter ved at bygge dem lag for lag i et materiale, som hærder, når det udsættes for UV-lys.

Hulls patent beskriver en koncentreret stråle fra en UV-lampe, som fokuserer mod overfladen på en flydende polymer. Denne polymer fyldes op i en beholder. UV-lyset markerer det objekt, som skal produceres, på overfladen, der størkner i et lag. Når et lag er klart, sænkes det ned kort ned i beholderen. Derefter lægges et nyt lag flydende polymer over det foregående. Nu kan næste lag eksponeres. Når det størkner, hæfter det fast i det foregående lag. Den typiske størrelse for et lag er mellem 0,015 – 0,15 millimeter. Den færdige model rengøres bagefter med kemikalier for at fjerne polymervæsken. Og så hærdes der i en UV-ovn.

En af fordelene med SLA-teknik er produktionshastigheden. Funktionsdele kan fremstilles på et par timer og op til en dag afhængig af kompleksitet og størrelse. Den gennemsnitlige byggestørrelse er på 50 x 50 60 cm. Der findes større modeller, som Mammoth, med en byggestørrelse på 210 x 70 x 80 cm. Flydende polymer koster cirka 800 – 2.000 kroner per liter, og maskinerne fra 500.000 til 7 mio. Kroner. Der finder dog et par mindre modeller med lignende teknik, som er udviklet til privatbrug – Ilios HD fra OS-RC og Form 1 fra Formlabs. Det skal dog bemærkes, at disse ikke er SLA-maskiner, da begrebet SLA er et registreret varemærke for 3D Systems.

Selective Laser Sintering, SLS, er er additiv fremstillingsteknik, hvor man anvender en laser med høj effekt, fx kuldioxidlaser til at smelte de små partikler af plast, metal, keramik eller glas sammen. Metoden bliver normalt kaldt sintring eller sintering. Teknikken blev udviklet og patenteret af Dr. Carl Deckard fra University of Texas i Austin tilbage i 1980’erne. I dag er betegnelsen SLS et registreret varemærke fra 3D Systems.

Metoden bygger på at man opdeler en tredimensionel geometri i horisontelle lag i et program. Dette kaldes også for at man stratificerer/lagdeler en geometri. Lagene er melem 0,1 og 0,15 mm. I de områder, som udgør de forskellige lag, genereres et raster, som styrer selve laseren.

De partikler, som skal hærdes af laseren, hældes ud i byggekammeret og danner et lag, som kaldes pulversengen. Dette lag kan være tyndere eller tykkere, afhængigt at hvilken opløsning man vil opnå. Laseren smelter derefter partiklerne i et tværsnit på det område, som specificeres iht stratificeringen. Lasereffekten er installeret for at smelte det aktuelle pulverlag cirka 0,02 mm ned i det foregående lag.

Efter hvert smeltelag sænkes pulversengen et lager ned, hvorpå et nyt pulverlag lægges ud oven på det forrige med en såkaldt recoater. Processen gentages til jobbet er færdigt. Når sintringen er klar, skal objektet køles ned i maskinen. Dette kan tage fra en til 30 timer. Derefter renses objekterne, sandblæses og kontrolmåles.

Densiteten i de sammensmeltede partikler afhænger først og fremmest af laserens maksimale kapacitet, ikke af eksponeringstid. Derfor anvender man ofte en pulserende laser i en SLS-baseret printer. For at fremskynde sintringen opvarmes pulveret i pulversengen til lige under smeltepunktet.

En af fordelene med SLS-teknikker er at man ikke behøver producere nogen støttestrukturer. En støttestruktur er tråde eller “bjælker” af plast, som holder en komplex geometri på plads under print og benyttes ofte i ekstruderingsprintere (FDM-teknik). Da det sintrede objekt holdes på plads af det tilstødende pulver (det som ikke sintres), så er det ikke behov for ekstra støtte.

Sammenliget med andre fremstillingsmetoder så anvendes SLS-teknikken oftest til fremstilling af prototyper, også selv om det i nogle tilfælde er muligt at seriefremstille slutprodukter. Mange materialer som fx polymerer i form af nylon og polystyren samt metaller som stål, tital og legeringer kan sintres. Det skal dog pointeres, at overflade finish ikke er så høj som med SLA-teknikken, stereolitografi. Derimod er de en hurtig teknik.

Poly/Multijet blev grundlagt i 1988 af Rami Bonen, Gershon Miller og Hanan Gotaiit. Alle tre har en lang historie som innovatorer og entreprenører i højteknologiske virksomheder. De første 3D-printere fra Objet med den patenterede polyjetteknik blev lanceret i 2001.

2012 blev Objet købt af Stratasys og siden overtagelsen er både antallet af modeller og materialemuligheder forøget betragteligt. Men hvordan fungerer denne teknik, som giver både flerfarvemuligheder og forskellige materialeegenskaber i en og samme produktion?

Flere af de specialister, som har arbejdet med at udvikle polyjet-teknikken har en baggrund indenfor inkjet, og har brugt meget af den viden i udviklingen af polyjet. Så hvis man forstår inkjet, har man et godt udgangspunkt for at forstå polyjet.

Præcis som en inkjet-printer skyder farven ud på et papirark, så skyder Objetten sine byggematerialer ud på en grundplade. Hvert materiale kommer fra sit eget dedikerede materialeforsyningssystem. Der er otte printhoveder med hver 96 dyser. Hvert materiale har to dedikerede printhoveder, som arbejder samtidigt.

Med polyjet-teknikken kan man styre hver dyse uafhængigt af de andre dyser. Der betyder, at man kan blande materialer i forskellige kombinationer i selve printet og derved opnå forskellige materialeegenskaber. Printer man fx en skrutrækker, kan man printe et hårdt materiale i selve værktøjsdelen og et blødere og mere håndteringsvenligt til grebet.

Der findes i øjeblikket mere end 120 materialer at vælge imellem som kan blandes indbyrdes og give forskellige egenskaber. Det er forskellige akrylbaserede fotopolymere væsker, som hærdes af UV-lys. Når materialet sprøjtes ned på byggepladen hærdes det øjeblikkeligt af en UV-lampe, som er monteret i forbindelse med printhovederne. Derefter gentages processen, lag for lag til produktet er færdigt.

Mulighederne for at kombinere farver og materialeegenskaber findes i Stratasys-modellerne Connex 1, 2 og 3 (fra februar 2016 er Startasys stoppet med at producere Connex 1 og 2, red.)

Man kan kombinere tre forskellige materialer i et og samme print, og ved at variere mængden af de tre forskellige materialer, kan man få op til 82 forskellige fysiske og mekaniske egenskaber i det samme print. Som bruger behøver man ikke bekymre sig om i hvilket blandingsforhold materialet skal printes. Det håndteres af softwaren.

DLP, eller Digital Light Processing, blev opfundet af Larry Hornbeck hos Texas Instruments allerede i 1987. Det er en additiv fremstillingsmetode, som minder om stereolitografi (SLA). Begge teknikker anvender flydende polymerer som materiale, men i stedet for at bruge laser til hærdning, anvendes en projektor. Den er ikke helt ulig de billedeprojektorer man kender fra præsentations- og filmvisning.

I forbindelse med skrivningen af denne artikel har vi talt med Pär Nobring, indehaver og daglig ledder af r.a.p.s, som er EnvisionTECs svenske forhandler. Der findes flere leverandører som anvender DLP-teknik, men ingen har så stort et maskinprogram som EnvisonTEC.

I en DLP-maskine sidder et såkaldt Digital Micromirror Device (DMD). Det er en række mikrospejle monteret på en halvlederchip. Hvert mikrospejl modsvarer en pixel. I lighed med en strømafbryder så lukker DMD-enheden for spejlet eller åbner så de kan reflektere lyset.

Forskellen på konsumentorienterede (som minder mest om filmprojektorer) og de professionelle er, at de konsumentorienterede anvender diamantformede pixels. Det giver en dårligere opløsning og en såkaldt trappeeffekt mellem de forskellige lag i 3D-figuren. De industrielle løsninger anvender firkantede spejle, som giver finere overgange og højere opløsning.