3d-skrivaren som skriver ut i titan

Alla metaller smälter
Funktionssättet är tämligen enkelt. Det rör sig om att smälta metall med hög effekt, som varje elsvetsare. Applicerar man bara tillräckligt hög effekt på ett litet område smälter alla metaller.

I Arcams maskin lägger man på ett metallpulverlager på ned till 0,05 millimeters tjocklek och skjuter det med en elektronstråle. Strålen har ett fokus på bara 0,1 millimeter och överför en strålström på 50 milliampere, vilket ger maximalt 3 kilowatt i smältpunkten. Det värmer snabbt materialet gulglödande så pulvret och arbetsstycket smälter ihop.

I andra tillämpningar kallas det här för elektronstrålesvets. Det är exakt samma metod som i ett gammaldags tv-bildrör, där strålen ritar en bild på en självlysande skärm – här har bara strömmen ökats så att strålen ritar en ”bild” av smält metall i stället.

Multibeam är nästa steg, där strålen håller flera, upp till 100 ställen smälta samtidigt. Strålen hoppar över arbetsstycket och stannar till på flera ställen. Det ökar givetvis arbetstakten och håller dessutom arbetsstycket jämnvarmt. Stycket håller sig själv varmt genom att metallpulvret det befinner sig i, tillsammans med vakuumet, fungerar som en termisk isolator.

Själva framställningsdelen bakifrån. Det vertikala blanka röret överst är elektronkanonen med högvakuumpump, en turbopump, och vakuumsensor på mitten. Den fyrkantiga boxen är vakuumkammaren och bakpå denna sitter högvakuumpumpen för kammaren.

I botten ligger grovvakuumpumpen till höger och där emellan finns en hel mängd vakuumrör. Den grå slangen som kommer ut längst upp leder högspänning och avlänkningsspänningar till elektronoptiken.

Det här är Arcam Q10, den nyaste modellen av Arcams friformsframställare. Den allra senaste egenskapen är att vakuumkammaren försetts med en kamera så man kan verifiera framställningen. Apparaten är stor som ett modernt dubbelt kylskåp.

Modulen till vänster är datordelen där pc:n som hanterar cad-filerna och styr- och reglersystemet står.
Modulen till höger innehåller vakuumkammaren, pumpar, kraft och högspänningsaggregat. Den runda luckan som ser ut som en liten frontlucka till en tvättmaskin är det fönster som man kan titta in i vakuumkammaren genom.

50 mikrometer i taget

Hur går själva printandet till?
– Föremålet man bygger, befinner sig precis som i vilken annan 3d-skrivare som helst, på en plattform som sänker sig, lager för lager, ned i maskinen i steg om 50 mikronmeter, vilande på en kulskruv som drivs av en stegmotor. När bordet flyttats, sveper en raka fram över arbetsytan och drar med sig ett nytt lager metallpulver som kan smältas, säger Mattias Fager.

Hur stora föremål kan ni tillverka?
– Det bestäms bland annat av hur mycket man kan avlänka elektronstrålen och fortfarande behålla fokus, hur stort byggbordet är och hur jämnt man kan fördela temperaturen. I Arcams fall är det största föremålet ungefär två gånger tre decimeter.

Eftersom föremålet byggs upp i lager, kommer kanterna att få trappstegsform. Arcam lovar emellertid att föremålet inte kommer att avvika från ritningen mer än 0,2 mm.

En fruktskål i filigranteknik framställd i titan. Ett konstföremål.

1 minut per lager
Föremålens yta blir aningen skrovlig. Finishen räcker sällan för verkligt bruk, utan föremålet måste efterbehandlas, slipas, svarvas, fräsas allt efter vad tillämpningen kräver. Till exempel får en höftledskula inte skrapa emot inuti leden, utan koppen den glider i måste vara helt spegelblank. Bearbetningen är inget problem eftersom metallen är helt solid.

En sats om 16 höftledskoppar kan ta 10 timmar att framställa, under en minut per lager, och de är direkt färdiga för polering. Väg det mot tiden det tar för svarvning ur stångmaterial, rengöring och pålägg av skrovlig ytbeläggning med konkurrenternas metoder.
Det är banbrytande, som så ofta när svenskar ger sig på något högteknologiskt.

– Vi erbjuder helt enkelt ett bättre, mera kostnadseffektivt sätt att tillverka en komponent, genom att ta bort ett eller flera led i den traditionella tillverkningsprocessen, säger Mattias Fager.