Briller, fra læsebriller til sikkerhedsbriller og solbriller, er det sjældne eksempel på et produkt, der kan tilpasses i det uendelige med hensyn til stil og funktionalitet. Brilleproducenter foretager justeringer af aspekter som materialevalg eller mikroforskelle i linsetykkelse.
Efterhånden som opløsningen, præcisionen, materialernes alsidighed og efterbehandlingsprocesserne for 3D-print bliver mere avancerede, tilbyder teknologien en omkostningseffektiv metode til at designe og fremstille briller.
I denne guide diskuterer vi design- og materialeovervejelser for 3D-printede briller og casestudier af aktuelle producenter, der udnytter styrken ved 3D-print i brilleindustrien. Vi laver også ROI-beregninger for at hjælpe dig med at opbygge en business case.
Introduktion: fremkomsten af 3D-printede briller
Brugen af 3D-printede briller til slutbrug er vokset markant i løbet af de seneste fem år. Både små virksomheder og større brands drager fordel af designfriheden, produktionskapaciteten i små serier og bæredygtighedsfordelene ved 3D-print.
Hvad enten det drejer sig om beskyttelse på arbejdspladsen, funktionel ydeevne eller mode, er 3D-print kommet ind i brilleindustrien. Det har ændret den måde, designere og producenter tænker fremstilling på.
En stor fordel ved 3D-print er reduktionen i antallet af monteringstrin under produktionen, samtidig med at man opretholder et højt niveau af produktkonsistens og -kvalitet. Ifølge nogle brilleproducenter er det nødvendigt med helt op til 60 forskellige trin for at producere acetatstel.
3D-print, med den grundlæggende proces, der er nævnt nedenfor, giver en betydelig reduktion i monteringskompleksitet og tilhørende arbejde:
Selektiv lasersintring (SLS) 3D-print er den mest udbredte additive fremstillingsteknologi til industrielle anvendelser. Ingeniører og producenter i forskellige brancher stoler på, at stærke, funktionelle dele kan fremstilles ved hjælp af denne teknologi.
SLS 3D-printere bruger en kraftig laser til at smelte små partikler af polymerpulver sammen. Det usmeltede pulver støtter emnet under printningen og eliminerer behovet for særlige støttestrukturer. Det gør SLS ideel til komplekse geometrier, herunder indvendige former, underskæringer, tynde vægge og negative former. Dele fremstillet med SLS-print har fremragende mekaniske egenskaber. Styrken svarer til sprøjtestøbte dele, hvilket gør processen ideel til produktion af 3D-printede briller.
Læs videre for at lære, hvordan 3D-print kan øge hastigheden til markedet, reducere arbejdskraften og fjerne behovet for minimumsordremængder (MOQ’er) for brillestel og brillestænger.
Den schweiziske brilleproducent Marcus Marienfeld bruger Fuse 1+ 30W SLS 3D-printeren til at producere 3D-printede briller til slutbrug.
Årsager til 3D-printede briller
1. Bæredygtig produktion
Den nuværende produktion af brillestel sker hovedsageligt ved sprøjtestøbning, udstansning eller CNC-præcisionsfræsning. Det tvinger producenterne til at investere i betydelige form- og udstyrsomkostninger. Outsourcing af produktionen af forme eller bearbejdede dele kan tage uger og koste tusindvis af euro. For at retfærdiggøre omkostningerne skal producenterne forpligte sig til ekstremt store produktmængder. Det kan føre til lavere fortjeneste og store mængder usælgelige varer på lager.
Dette system er både økonomisk og miljømæssigt uholdbart. 3D-print giver virksomheder mulighed for at tage produktionen in-house uden at investere i støbeforme, hvilket reducerer risikoen ved at starte en ny produktlinje betydeligt. In-house 3D-print frigør producenter fra høje MOQ-krav og forpligtelser til upopulære produktdesigns ved at muliggøre produktion af små, on-demand partier uden forudgående formomkostninger.
De fleste briller fremstilles i dag ved sprøjtestøbning eller en subtraktiv proces, hvor acetat skæres til den ønskede form. Skæreprocessen bruger store plader acetat og skærer stellets form væk, så alt det resulterende materiale bliver til affald.
Et traditionelt acetatstel fremstillet ved en skæreproces. Kilde: Visio Optical
I modsætning hertil er 3D-print en additiv proces, hvilket betyder, at delene fremstilles lag for lag ud fra et basislager af materiale. Med Formlabs SLS-økosystem kan ubrugt pulvermateriale genbruges i det næste print. Der er således meget lidt eller intet materialespild.
Det lille fodaftryk og den overkommelige pris på Fuse SLS-økosystemet gør det muligt for producenter at købe flere maskiner til flere lokationer. På den måde fordeles produktionskapaciteten over regioner, der er fysisk tæt på forbrugerne. Det reducerer også afhængigheden af oversøisk produktion, som kan blive forsinket af komplikationer i forsyningskæden. Distribueret produktion reducerer også den negative miljøpåvirkning fra overproduktion og forsendelse.
2. Designfrihed
I modsætning til andre polymer 3D-printteknologier har dele produceret med SLS 3D-print ikke brug for støttestrukturer. De understøttes faktisk af den omgivende pulverseng. Uden støttestrukturer, tværsnit eller restriktioner på designvinkler og underskæringer som i traditionelle støbe- eller skæreprocesser, giver SLS 3D-print næsten ubegrænset designfrihed. Det muliggør avancerede designs, som tidligere var for dyre eller endda umulige at producere.
Produktionsbegrænsninger forhindrer ikke længere produktdesignere i at skabe de mest funktionelle, bedst tilpassede og mest moderigtige designs. 3D-printede briller kan reagere på forbrugertrends hurtigere end nogensinde før. Det giver brands mulighed for at indtage nye og voksende markedssegmenter.
3. Tilpasning og personalisering
Selv uden værktøjskrav eller minimumsordremængder er produkttilpasning endelig inden for rækkevidde. Tilpasning og designvalg giver dig mulighed for at give kunderne et helt unikt produkt eller et produkt, der passer bedre.
3D-print bliver allerede brugt til at tilpasse produkter inden for alt fra ortoser til actionfigurer og audiologi. Den største succes opnås, når forbrugerne føler, at produktet virkelig er mere funktionelt eller attraktivt. Med den brede vifte af aldre, etniciteter og ansigtstræk i dagens verden er produktdesignere tvunget til at bevæge sig væk fra en “one size fits all”-mentalitet. De er nødt til at fokusere mere på personalisering.
“Med 3D-print kan jeg gøre det med det samme. Hvis man er fortrolig med CAD-design, kan man nemt foretage justeringer i 3D-modellen, uploade den til softwaren og printe den med det samme. Med fræsning, på den anden side, ville jeg altid have brug for individuel og dyr værktøjsudvikling for at holde elementerne i maskinen.” Marcus Marienfeld, brilledesigner og -producent
Hvordan laver man 3D-printede briller?
1. Udkast
Fremstilling af briller til slutbrug med 3D-print giver unikke fordele og udfordringer. I dette afsnit dækker vi delestruktur, hængselmuligheder, design af ikke-deformerbare geometrier og tilpasning.
Tekstur
Dele, der fremstilles med Additive Manufacturing, formes lag for lag. Det betyder, at nogle overflader kan vise synlige laglinjer. Lagene kan reduceres ved at optimere emnets orientering, emnedesign og yderligere efterbehandling for at gøre overfladen glattere.
At præge eller præge tekstur på overfladen af stel og brillestænger er en velkendt strategi til at maskere laglinjer på 3D-printede færdige produkter. Formlabs anbefaler en minimum 0,35 mm høj prægning og 0,15 mm dyb prægning for at sikre tilstrækkelig maskering af eventuelle laglinjer.
Endelig kan delvise laglinjer bruges til at hjælpe med greb og friktion. Det forhindrer, at man glider på ansigtet.
Hængselsmuligheder
3D-printede brillehængsler kan laves på fire forskellige måder:
- Traditionelle skruer
- Varmeindstillede indsatser
- Snap-fit
- Hængsler til print på stedet
Hængseltråde kan tilføjes til designet af 3D-printede dele. Traditionelle gevind til briller er dog normalt for små til at løse konsekvent. Brug gevind på mindst ¼”-20 (imperial) eller M6 (metrisk) eller større.
3D-printede briller monteret med et printet gevind og en metalskrue.
Både Nylon 11- og Nylon 12-pulver giver mulighed for at bruge varmeindstillede indsatser og tråde, som holder længere og er mere holdbare end andre muligheder.
Endelig gør SLS 3D-print det muligt at bruge print-in-place-geometrier på grund af fraværet af støttestrukturer. Rammer kan designes og printes med tindinger, der allerede er fastgjort, uden yderligere montering. Formlabs anbefaler 0,3 mm afstand på dele under 20 mm2 og 0,6 mm afstand på dele over 20 mm2.
Deformerbare geometrier
Nylon 11-pulver templer designet med grid-muligheder i nTopology software.
Især i mere moderigtige applikationer har 3D-print gjort det muligt for designere at designe uformede og uslebne briller. Uformede geometrier, som f.eks. brillestængerne på billedet ovenfor, kan åbne op for nye udtryksmuligheder for brugeren. Alternativt kan delene gøres ekstremt lette for at øge brugerkomforten.
2. 3D-printning
3D-printer til briller
Fuse Series SLS-økosystemet tilbyder en tilgængelig og skalerbar produktionsløsning til briller takket være den pålidelige hardware, de industrielle materialer og den intuitive brugergrænseflade. Afsnittene nedenfor indeholder tips og tricks til fremstilling af briller med SLS 3D-print.
Materialer til 3D-printning af brillestel
Fuse 1+ 30W-systemet tilbyder to egnede materialer til brilleproduktion: Nylon 11-pulver og Nylon 12-pulver. Begge materialer er termoplastiske, ligesom acetat. Det betyder, at optikere kan opvarme stel og stænger, så de passer bedre til ansigtet efter print.
Når man sammenligner funktionel ydeevne med acetat, TR90 og polycarbonat, er begge SLS-materialer meget ens. Nylon 11-pulver foretrækkes af nogle kunder på grund af dets fremragende brudforlængelse og holdbarhed.
I funktionstests fra den virkelige verden har Nylon 11-pulver vist imponerende strækbarhed og slagfasthed:
Når man laver et holdbart produkt, der udsættes for vind og vejr, skal man tage hensyn til andre miljø- og materialeegenskaber.
På grund af deres lavere massefylde, lave vandabsorption og høje modstandsdygtighed over for varme og antændelighed kan Nylon 11- og Nylon 12-pulver overvejes til mere funktionelle anvendelser, såsom beskyttelsesbriller på fabriksgulvet eller til brug i marken. Det gør det muligt at skabe lette stel, der kan modstå strenge miljøforhold.
Endelig er Formlabs Nylon 11-pulver et 100 % biobaseret, fornyeligt materiale. Det udvindes af bæredygtige ricinusbønner og er en mere miljøvenlig løsning end visse oliebaserede plasttyper. Sammenlignet med Nylon 12-pulver giver Nylon 11-pulver en 60% reduktion i kulstofpåvirkningen.
Overfladefinish
Overfladefinishen på 3D-printede brillestel afhænger i høj grad af modeldesignet. Forskellige orienteringer vil give forskellige overfladefinish. Formlabs udførte omfattende tests af delens retning og konkluderede, at en printretning på 45 grader i Nylon 11- og Nylon 12-pulver resulterer i den mest optimale æstetiske overfladefinish på et rundt stel. Den side af emnet, der vender mod bunden af byggekammeret, har en lidt glattere overfladefinish.
Opbygning af kapacitet
I en vinkel på 45 grader passer 82 prøverammer ind i Fuse 1+ 30W byggekammeret. Dette scenarie giver en pakketæthed på 10 % og en byggetid på 21 timer ved brug af Nylon 12-pulver.
Formlabs forbedrer løbende printindstillingerne. Kontakt Formlabs for at få den mest opdaterede analyse af printtid og -omkostninger eller for at få en analyse af dit eget emnedesign.
* Gennemstrømningen blev beregnet ud fra et standardrammedesign fra Formlabs. Antallet af dele blev reduceret for at opnå en printtid på mindre end 24 timer, hvilket resulterede i højere produktionsgennemstrømning. Nylon 11 kan også printe 82 rammer samtidigt med en printtid på >24 timer.
** Læs mere om pakketæthed og opdateringshastighed her.
*** Det forudsætter ét print om dagen, fem dage om ugen, i 48 uger om året. Et ekstra byggekammer er nødvendigt for hurtigt at kunne skifte over og starte nye print.
3. Muligheder for efterbehandling
Den naturlige æstetiske finish på begge nylonpulvere er en uigennemsigtig grå farve med en overfladefinish, der er grovere end poleret acetat. For at opnå en finish, der minder mere om traditionelle acetat- eller TR90-glas, bør man overveje forskellige efterbehandlingsmuligheder.
Forberedelse af arbejdsemnets overflade
Ligesom traditionelle acetatstel ofte tromles i et træmedie, har 3D-printede stel stor gavn af et par timer i en vibrerende tromle. Ved brug af keramiske medier med smøremiddel observerer Formlabs en 80% reduktion i overfladeruhed, hvilket resulterer i en glattere fornemmelse. Formlabs bruger Mr Deburr 300DB vibrerende tromle, som er en billig og brugervenlig løsning.
Farvemuligheder
En enkel og omkostningseffektiv løsning til farvning af dele er at bruge et vandbadsfarvningssystem. Emnerne nedsænkes i et opvarmet vandbad med et farvestof, der trænger ind i alle emnets overflader og ændrer emnets farve permanent. På grund af den grå pulverfarve er det umuligt at opnå meget lyse farver, som f.eks. hvid eller lysegul, gennem en indfarvningsproces.
Farver som sort, rød, grøn, lilla og blå kan dog opnås selv med en grundlæggende malingsopsætning, der omfatter en varmeplade, en gryde og RIT-nylonmaling. Alternativt findes der industrielle løsninger fra virksomheder, der tilbyder større farvekonsistens og nøjagtig farvematchning.
Formlabs bruger også Cerakote-belægning til at forbedre delens mekaniske egenskaber og muliggøre en bred vifte af farveskemaer. Cerakote er et tyndt lag keramisk belægning med en tykkelse på 0,00635 mm til 0,0254 mm, som ikke kræver en primer.
Når SLS 3D-printede dele er påført, kan de forvente forbedret kemikalie- og ridsebestandighed. Cerakote kan også bruges til en blank overfladefinish med farver, der spænder fra pasteller til metalfarver og alt derimellem. Når delene er belagt, kan de desuden laseres for at påføre interessante mønstre eller oplysninger, såsom logoer eller serieoplysninger.
Cerakote kan også bruges til en blank finish på grund af deres skræddersyede glanshærdningssystem.
Hydrodypning er også muligt med SLS 3D-printede dele. Maling og tamponprintprocesser er også kompatible med SLS-teknologi.
Endelig er dampudjævning en proces til kemisk forsegling og udjævning af overfladen på SLS 3D-print. Vapor smoothing skaber en sprøjtestøbt overflade med stærkt forbedret overfladeruhed og modstandsdygtighed over for fugt og bakterievækst. Det giver også en blank overfladefinish.
Formlabs bruger Additive Manufacturing Technologies (AMT) til at udglatte brilledele ved hjælp af dampudglatning. Derudover kan delene indfarves i et vandbad før eller efter dampudglatning, hvilket forsegler delens nye farve med ekstra glans.
Prøv det selv
Formlabs har udforsket og udviklet mange efterbehandlingsmuligheder for at forbedre overfladefinishen på SLS 3D-printede dele. Men der er mange muligheder, der endnu ikke er udforsket. Mange kunder har haft succes med at bestille en gratis brugerdefineret prøve af deres briller og derefter anvende deres egne efterbehandlingsteknikker (forskellige tromlemedier, lakker, belægninger osv.) for at opnå en unik æstetik.
Kontakt vores 3D-print-eksperter for at diskutere mulighederne.
Andre anvendelser af 3D-print i brilleindustrien
Prototyping
Både Fuse 1+ 30W SLS og Form 3+ SLA-systemerne kan bruges til prototyper af briller for at teste dimensioner, pasform og overordnet design.
Vælg nylonmaterialer til Fuse 1+ 30W-systemet for at skabe funktionelle prototyper, der kan bæres og testes i lange perioder. Vælg Form 3+-systemet for at lave æstetiske prototyper, der ligner design og er gennemsigtige som acetat og polycarbonat. SLA-printede prototyper kan bæres i flere uger ad gangen. De er dog ikke egnede til langvarig brug, medmindre de har en UV-blokerende belægning.
Brugertest
Brug Fuse 1+ 30W til at skabe briller, der kan testes og evalueres under levetids- og brugertest for at få hurtig feedback og iteration på dimensioner og design.
Smarte briller
Med 3D-print er designkompleksitet gratis. Tilføjelse af elektronikhuse eller de komplicerede samlinger, der er nødvendige til wearables, belaster ikke 3D-printeren. Overvej SLS 3D-print, når du skal skabe indviklede kabinetter til smartbriller, som ellers ville være svære at fremstille med dyr sprøjtestøbning i flere dele.
Holdere til arbejdsemner
På grund af deres høje slagfasthed er Nylon 12- og Nylon 11-pulver velegnede til specialfremstillede emneklemmer. Formlabs’ nylonmaterialer er stærke nok til at bøje nogle metaller, der bruges i traditionelle holdere og tindinger, såsom titanium, med belastninger på over 90 kg.
Sprøjtestøbning og vakuumformning i små serier
Brug af Form 3+ eller Form 3L SLA 3D-printere og Rigid 10K Resin til fremstilling af sprøjtestøbeforme er almindeligt i mange brancher. På grund af sin høje varmebestandighed og fine overfladefinish kan Rigid 10K Resin bruges til sprøjtestøbning af stel og bøjler i små mængder og til fremstilling af forme til vakuumformet emballage.
Udarbejdelse af en business case
At starte en virksomhed eller skabe en ny produktlinje ved hjælp af 3D-print bliver mere og mere muligt og omkostningseffektivt dag for dag. En enkelt Fuse 1+ 30W 3D-printer kan producere mere end 19.000 rammer om året eller mere end 50.000 templer om året på en ikke-optimeret femdages produktionsplan.
Mulighed 1: in-house produktion
Den mest effektive og omkostningseffektive måde at producere 3D-printede briller på er at eje produktionsudstyret. Det indebærer køb af et Fuse 1+ 30W økosystem.
Fordelene ved vertikalt integreret 3D-printproduktion inkluderer hurtigere ROI, bedre kontrol over kvaliteten, muligheden for at tilpasse designet og gå fra prototype til produktion på den samme maskine. Økosystemet kan også bruges til andre formål, f.eks. til at lave emneholdere.
Fuse 1+ 30W-økosystemet er designet til at være så tilgængeligt som muligt og er ekstremt plug-and-play; de fleste brugere lærer at betjene udstyret i løbet af få timer. Økosystemet har også minimale krav til faciliteter, så det hurtigt kan installeres og nemt skaleres op, når efterspørgslen stiger.
Det er også vigtigt at bemærke, at det ikke er nødvendigt med en ny Fuse Sift for hver ekstra Fuse 1+ 30W-printer. De fleste kunder har et forhold på 4:1 mellem printere og efterbehandlingsstationer.
Mulighed 2: outsource til et servicebureau
Der findes mange servicebureauer verden over med forskellige niveauer af nøglefærdige løsninger, lige fra dem, der kun håndterer 3D-printkomponenten, til dem, der tilbyder design, print, efterbehandling og emballering.
Forvent at betale mere pr. del, når du arbejder med et servicebureau. Servicebureauer kan dog være en god løsning for dem, der ikke har plads eller kapital til at investere i produktionsudstyr, eller for dem, der ønsker at køre et eksperiment med lav volumen.
Kom godt i gang med 3D-printede briller
Vil du gerne have tilsendt en af vores standardbrilleprøver eller have printet dit eget design? Kontakt vores 3D-print-eksperter.
Leave a Reply