På det allra mest grundläggande planet fun­gerar 3d-skrivare genom att skapa tunna lager i ett material som läggs på varandra och på så sätt bygger upp en tredimensionell form. En digital modell ­eller ritning bestämmer måtten i längd, bredd och höjdled. Oftast går det att med blotta ögat se strukturen som lagren skapar i ett objekt utskrivet av en 3d-skrivare. Materialet som bildar lagren kan variera, från olika former av plast till metall, glas och till och med ätbara material som socker eller choklad.

Lagren skapas på en byggplattform som är höj- och sänkbar. Den sänks efter hand för att ge plats åt nya lager och på så sätt bygga upp en modell i höjdled. Höjden och bredden på det som kan skrivas ut eller skapas bestäms av maskinens storlek och dess räckvidd i längd, bredd och höjd.

En del skrivartekniker använder någon form av stödmaterial för att göra det möjligt att bygga utskjutande delar. Stödmaterialet avlägsnas med ­olika tekniker efter att modellen är färdigbyggd.

För att kunna skriva ut ett tredimensionellt ­objekt behövs först en cad-fil, som är en tredimensionell ritning av ett objekt. Denna ritning kan skapas med en mängd olika program för 3d-modellering. När det är dags att ”skriva ut” modellen analyseras cad-filen först av 3d-skrivarens program som avgör hur objektet kan byggas på ett så material- och tidseffektivt sätt som möjligt. Det kan till exempel innebära att programmet avgör om objektet behöver vara solitt för hållfastheten eller om det går att bygga med någon form av hålrumsstruktur på insidan som inte syns.

Sedan ”skär” programmet objektmodellen i horisontella lager så tunna som 3d-skrivarens upplösning tillåter. Lagren byggs ett efter ett med den teknik som skrivaren använder. Plattformen som objektet byggs på sänks efter varje lager för att ge plats för nästa lager.

En industriell revolution

Även om 3d-skrivare för hemmabruk på ett sätt mest ses som en rolig grej finns det många bedömare som menar att de är början på en industriell revolution. När tillverkning blir billigare och mer tillgänglig krävs inte längre massproduktion för att få ekonomisk bärighet, vilket gör att nischprodukter kan produceras i mindre skala. Dessutom förändras hela ekvationen för industriell logistik, eftersom produkter och reservdelar inte behöver skickas till konsumenten fysiskt utan kan existera som digitala filer på webben som sedan laddas ned och används när de behövs, i precis lagom mängd.

En annan viktig aspekt av denna demokratisering av tillverkning är att även mer specifika industrimaskiner eller utrustning för att tillverka något kan ”skrivas” ut av ”vanligt folk”. 3d-skrivarna kan inte bara skriva ut produkter, de kan också skriva ut de maskiner som bygger produkter.

Öppen källkod-projektet som driver på utvecklingen

Projektet Reprap, där namnet står för replicating rapid prototyper, har som mål att skapa en 3d-skrivare som kan skriva ut alla delar för att skapa en komplett replika av sig själv. På så sätt är det tänkt att ­distributionen av skrivaren till användarna ska bli så billig och effektiv som möjligt för att tekniken ska komma så många till del som det går.
För tillfället är inte målet nått, vissa ­delar krävs fortfarande att man beställer så som metalldelar och kretskort. Dock kan stora delar av Reprap skapas av skrivaren själv.
Reprap kan byggas i flera modeller, till exempel Prusa Mendel eller Huxely, som har fått sina namn från kända biologer eftersom målet med projektet är reproduktion och evolution.
Eftersom Reprap bygger på öppen källkod har många andra tagit utgångspunkt i dess teknik och skapat egna modeller av skrivare. Dessa nya projekt ligger för det mesta även de under öppen källkod-licenser. Även hajpade Makerbot har sina rötter i Reprap-rörelsen.

Läs mer om Reprap-projektet på www.reprap.org.

Fakta

Flera olika tekniker

Fused deposition modelling (FDM)

De flesta av dagens skrivare som riktar sig till vanliga konsumenter använder den här tekniken. Dessa skrivare bygger objekt genom att ett eller flera munstycken sprutar ut smält plastmassa i lager på en byggplattform som sänks efterhand som fler lager läggs på. Plastmassan stelnar när den kommer ut ur munstycket och lagren fäster i varandra. Vanliga plastmaterial för den här tekniken är ABS, som påminner om Legoplast, eller PLA, som är biologiskt nedbrytbar plast. Tekniken kan också fungera med till exempel choklad eller smält socker. Exempel på skrivare som använder den här tekniken är produkter från Makerbot och öppen källkod-projektet Reprap.

Pulverbaserade ­tekniker

En mängd olika tekniker bygger på ungefär samma princip, där ett pulver används som byggmaterial. Det kan vara pulveriserad plast, glas ­eller metall. Pulvret läggs ut på byggplattformen och en laserstråle eller en bindvätska får de små partiklarna att fästa i varandra eller smälta ihop och bilda ett solitt lager som är ­format som objektet som ska byggas. De pulverpartiklar som inte smält eller sammanfogats fungerar som stöd under byggprocessen och kan sedan borstas av och återanvändas. Det gör det möjligt att bygga en större variation av former jämfört med skrivartekniker som inte har stödfunktion.

I kategorin med pulverbaserade tekniker ingår bland annat selective ­laser sintering (SLS) och direct metal laser sintering (DMLS), som använder laser för att foga samman partiklar. Electron beam melting (EBM), ­använder i stället en elektronstråle i ett vakuum för att med mycket hög värme smälta ihop till exempel pulveriserad titan till ett solitt objekt.

Vätskebaserade ­tekniker

Tekniker som till exempel stereolithography (SLA) och digital light processing (DLP) använder flytande byggmaterial i en behållare som stelnar när det utsätts för olika typer av ljus.

Efterbearbetning

Även om dagens 3d-skrivare har relativt hög upplösning, det vill säga hur tunna lager skrivaren kan skapa, vill man ibland ha en bättre finish på slutprodukten. Då kan man skriva ut ett objekt i något större storlek än den färdiga produkten ska vara och använda någon form av efterbehandling för att färdigställa objektet. Teknikerna för efterbearbetning beror på materialet. Det kan handla om allt från att slipa för hand till syrabad för att få bort oönskade strukturer eller restprodukter från tillverkningen.

Från plastprylar till ”riktiga” ­produkter

Eftersom 3d-skrivare för hemmabruk ofta använder samma programmeringsspråk, kallat G-code, som industriella robotar kan prototyper som skapas hemma enkelt skickas till ”riktiga” fabriker för massproduktion i det ­material som önskas.