3D-skrivehastighet

Innen 3D-utskrift er skrivehastighet hvor mye materiale som skrives ut per tidsenhet ($\text{mengde}/\text{tid}$). Det er en viktig parameter for tiden det tar å skrive ut, og kan påvirke kvaliteten på utskriften.

Enheten som brukes varierer med type skriveteknologi. Materialmengden måles typisk i masse (kg), lengde (mm) eller volum (cm³), mens tidenheten som regel er sekund (noen ganger time). For eksempel oppgis hastighet på filamentskrivere vanligvis i mm/s eller mm³/s, mens stereolitografi vanligvis bruker mm/h eller antall lag per time.

Eksempler

Tabellen nedenfor sammenligner hastighetene til noen typiske kommersielt relevante utskriftsteknologier (oppdatert 2020):

Teknologi	Normal hastighet	Maks hastighet	Normal akselersjon	Maks akselersjon	Normal volumstrøm	Maks volumstrøm
Filamentskriver	50–150 mm/s	500 mm/s	0.5–1 k mm/s2	20 k mm/s2
Multijetfusjon (MJF)			Ikke relevant		2800–4000 cm3/h	4500 cm3/h
Selektiv lasersintring (SLS)	48 mm/s	60 mm/s	Ikke relevant
Stereolitografi (SLA) / Digital lysprosessering (DLP)	20–36 mm/h	720 mm/s	Ikke relevant

Skrivehastighetens betydning for tidsbruk

Skrivehastigheten refererer kun til byggefasen, en underkomponent av hele 3D-utskriftsprosessen. Samlet går hele prosessen derimot fra forbehandling til etterbehandling. Tiden som kreves for å skrive ut en ferdig del fra en datafil (.stl eller .obj) kan beregnes som summen av tid for følgende steg:

1. Forbehandling: Forberedelse av både delen og skriveren. Dette er nødvendig før selve utskriften starter, og består av:
   • Plassere og orientere delen som skal skrives ut
   • Angi parametre (f.eks. lagtykkelse og materialtype) i skriverens programvare
   • Generere støttestruktur (flåte, brem eller ingenting)
   • Generere oppstykking (slicing)
   • Generere verktøybaner (inkludert fyllingsgrad og møntster)
   • Varme opp og laste materialer
   • Stille inn x, y og z-aksene
   • Diagnostikk, rengjøring eller annen testing
2. Bygging: Dette er den faktiske utskriftstiden etter at de forberedte dataene er overført til skriveren for produksjon, og består av:
   • Produksjonstid: Når delen og støttematerialene blir produsert
   • Inaktiv tid: Ikke-produktiv tid som bevegelse av z-aksen, kjøletid, nivellering, ikke-produserende bevegelse av skrivehodet
3. Etterbehandling: Skjer etter at delen er skrevet ut, og kan inkludere:
   • Fjerning av støtte
   • Foredling av overflaten for å oppnå ønsket overflatekvalitet

Øking av fart

Intuitivt kan additiv produksjon innebære en avveining mellom utskriftshastighet og kvalitet. Forbedring i hastighet av hele 3D-utskriftsprosessen kan grupperes i forbedringer av programvare og maskinvare:

Programvareforbedring

Hvordan utskriften forberedes i programvare inkluderer hvordan modellen oppstykkes, orienteres og fylles. Optimering av disse vil dermed resultere i kortere utskriftstid.

Optimal orientering: Endring av orienteringen til en del kan gjøres enten gjennom STL-filen eller på CAD-modellen, eller i oppstykkeren før man genererer g-koden. Automatisk bestemmelse av optimal orientering en vanlig utfordring som kan løses av programvare, og er relevant for alle typer additive produksjonsprosesser. God orientering kan føre til betydelig forbedring i mange nøkkelfaktorer, som skrivetid, mengde støtte som kreves, styrken til den ferdige delen og behovet for etterbehandling. Følgende faktorer avhenger sterkt av delens orientering:

• Høyden på delen i byggeretningen: Byggehastigheten er typisk lavere i z-retningen enn i xy-planet. Ved å minimere høyden vil antallet lag reduseres, og vil dermed redusere både produksjonstid og uproduktiv tid.
• Volum på støttemateriale og kontaktareal mot delen: Jo mindre støttemateriale som brukes, jo raskere byggetid og mindre tid til etterbehandling for å fjerne støtte. Ved å minimere volumet til støttestrukturer brukes mindre materiale hvilket kan redusere produksjonstiden. Dette er viktig for prosesser som bruker ekstern støttestrukturer (som smeltet filament og stereolitografi).
• Kvalitet på det totale overflatearealet: Orienteringen av en del avgjør hvilke sider som utsettes for trappeeffekten (en artefakt av oppstykking). Ved å maksimere overflatekvaliteten reduseres tiden som kreves for å fullføre overflaten til ønsket toleranse.

Uniform og adaptiv oppstykking

Adaptiv oppstykking (adaptive slicing): Flere typer beregninger kan brukes for å predikere forringelse på grunn av trappeeffekten, og alle tar utgangspunkt i forskjellen mellom den modellerte overflaten og den faktiske overflaten slik den vil bli skrevet ut. Ved å adaptivt beregne høydefordelingen til lagene kan denne feilen minimeres, og man kan både øke kvaliteten på overflaten samtidig som etterbehandlingstiden reduseres. Fordelene med adaptiv oppstykking avhenger av delens andel av overflate til volum. Effektiv beregning av adaptive lag er mulig ved å analysere modelloverflaten over hele laghøyden. Flere implementasjoner er tilgjengelige i programvare med åpen kildekode.

Maskinvareforbedring

Økt skrivehastighet kan også oppnås gjennom endringer i maskinvare, som for eksempel:

• Modifisert skrivehode: Ulike skriverhoder kan brukes for forskjellige utskriftsprosesser.
• Temperatur: En ekstra laser kan brukes for å smelte filamentet før du går til ekstruderen. Dette hindrer unødvendig oppvarming av skrivehodet, og reduserer dermed skrivehodets kjøletid.
• Legge til flere skrivehoder som samarbeider for å øke skrivehastigheten
• Bruke spesielle typer materialer for spesifikke produksjonsteknologier

Se også

• Hurtig prototyping, metoder for å fremstille en forenklet modell med hensikt å lette utvikling av et produkt
• CoreXY, en skrivertype som gir økt skrivehastighet sammenlignet med konvensjonelle kartesiske 3D-skrivere