Wat is 3D Printen? Een Handleiding Voor Beginners

Introductie

3D printen, iedereen heeft er al wel van gehoord, maar wat is het nu precies? 3D printen is het process waarbij een fysiek object wordt gemaakt. 3D print toepassingen worden steeds populairder zowel in de industrie als voor gewone consumenten zoals jij en ik. Het potentieel is oneindig. In deze korte beginnershandleiding leggen we uit wat 3D printen is, waar het vandaan komt, zijn toepassingen en de voordelen.

Wat is 3D printen?

3D printen is het process waarbij een fysiek object gemaakt wordt van een driedimensionaal digitaal model, meestal door het leggen van opeenvolgende lagen van een materiaal. Er zijn verschillende technieken om een ​​object 3D te printen. We zullen later in deze handleiding hier dieper op in gaan. 3D-printen brengt twee fundamentele innovaties: het manipuleren van objecten in hun digitale formaat en het vervaardigen van nieuwe vormen door toevoeging van materiaal.

3D-printen is een krachtige innovatie die vooruitgang ondersteunt en stimuleert. Het geeft een enorme vrijheid bij het designen van een concept en zorgt voor een goedkope en snelle oplossing. 3D-printen komt bovendien naar voren als een energie-efficiente innovatie en als eco-vriendelijke oplossing met betrekking tot zowel de assemblagecyclus zelf, waarbij tot 90% van de materialen wordt gebruikt, en gedurende de hele levensduur van de 3D printer zelf.

In de voorbije jaren zijn 3D-printers toegankelijker geworden voor mensen thuis. Je kan al beginnersmodellen vinden voor 100 euro. Dit zorgt voor een enorme toegankelijkheid en gigantisch veel mogelijkheden en innovaties.

Interesse? Bekijk hier onze kopershandleiding voor goedkope 3D printers voor beginners.

3D print technologie

Om te kunnen 3D printen heb je natuurlijk een printbaar model nodig. Met het grote aanbod aan 3D programma’s kan je deze maken, maar je kan natuurlijk ook gewoon reeds gemaakte modellen downloaden. Op Thingiverse kan je er een hele hoop vinden die je gratis kan downloaden en printen.

Nadat je je model hebt, moet je deze ‘slicen’ met een slicer. Slicen is het proces waarbij het model wordt geconverteerd naar een 3D printbaar bestandsformaat. Hierdoor weet de 3D printer wat hij moet doen en hoe hij de lagen best aanbrengt. Meestal kan je je model naar je 3D printer verzenden via wifi, usb of sd-kaart.

Uiteraard heb je een 3D printer nodig om te kunnen printen. Tegenwoordig zijn deze heel toegankelijk en betaalbaar. Weet wel dat je meestal de 3D printer zelf nog in elkaar moet steken als je voor een van de goedkopere opties kiest. Dit is gelukkig helemaal niet ingewikkeld en kan je vaak op een uurtje voor elkaar krijgen.

3D Print Methodes

Stereolithografie

Stereolithografie wordt overal vernoemd als de grondlegger van het 3D print process. Het was de eerste die werd gecommercialiseerd.

Bij stereolithografie wordt er gebruik gemaakt van laser technologie waarbij resin (kunsthars) laag per laag wordt verhard. Na het printen moet het object worden gedroogd en proper gemaakt.

DLP

Bij DLP (Digital Light Processing) wordt er gebruik gemaakt van een soort kleine beamer die door middel van lichtstralen de kunsthars verhard. Deze techniek wordt vaak gebruikt bij het 3D printen in de medische industrie, door het aanbod van materialen die niet schadelijk voor het menselijke lichaam zijn. Het is een enorm nauwkeurige techniek.

Extrusie (FDM/FFF)

FDM oftewel Fused Deposition Modeling is een 3D printtechniek waarbij een extruder een materiaal smelt en laag per laag op een oppervlak neerlegt. Zo verkrijg je je driedimensionaal object. Dit is de techniek de het meest voorkomt bij de huidige 3D hobbyprinters.

Inkjet

Bij Inkjet of Colorjet worden kleine poederdeeltjes aan elkaar vastgemaakt met een verbindingsmiddel. Met deze technologie kan 3D printen in je gewenste kleuren, als grootste nadeel heb je dan weer dat de 3D print zelf minder stevig is dan bij andere technieken.

Materialen

De gebruikte materialen bij 3D printen hebben al een hele evolutie doorgemaakt. Er is een brede waaier aan opties, die in verschillende maten en vormen komen.

Hieronder lijsten we de voornaamste materialen op.

Plastiek

Nylon wordt het meest gebruikt in poedervorm of filament vorm. Het is een stevig, flexiebel en duurzaam materiaal dat enorm handig is voor te 3D printen.

ABS is een andere veel gebruikte plastieken materiaal. Dit materiaal wordt vooral gebruikt voor FDM printers in filament vorm. Het is een sterk plastiek en kan komt in verschillende kleuren.

PLA is een biologisch afbreekbaar plastic materiaal, hierdoor heeft het een enorme populariteit in de 3D print wereld. Het kan zowel in kunsthars als in filament-vorm verwerkt worden. Het wordt in verschillende kleuren aangeboden, waaronder transparant. Het is iets minder duurzaam of flexibel als ABS.

LayWood is een speciaal ontwikkeld 3D-printmateriaal voor extrusie-3D-printers op instapniveau. Het wordt geleverd in filament-vorm en is een hout/polymeercomposiet (ook wel WPC genoemd).

Metaal

Een groeiend aantal metalen en metaalcomposieten wordt gebruikt voor industrieel 3D-printen. Twee van de meest voorkomende zijn aluminium- en kobaltderivaten.

Een van de sterkste en daarom meest gebruikte metalen voor 3D-printen is RVS in poedervorm voor de sinter- / smelt- / EBM-processen. Het is van nature zilver, maar kan met andere materialen worden bekleed om een ​​goud- of bronseffect te geven.

In de afgelopen jaren zijn goud en zilver toegevoegd aan het assortiment van metalen materialen die direct 3D-geprint kunnen worden, met voor de hand liggende toepassingen in de sieradensector. Dit zijn beide zeer sterke materialen en worden in poedervorm verwerkt.

Titanium is een van de sterkste metalen materialen en wordt al geruime tijd gebruikt voor industriële 3D-printtoepassingen. Het wordt geleverd in poedervorm en kan worden gebruikt voor de sinter- / smelt- / EBM-processen.

Keramiek

Keramiek is een relatief nieuwe groep materialen die kunnen worden gebruikt voor 3D-printen. Het bijzondere aan deze materialen is dat de keramische onderdelen na het printen dezelfde processen moeten ondergaan als alle keramische onderdelen die zijn gemaakt met behulp van traditionele productiemethoden – namelijk bakken en glazuren.

Papier

Standaard A4-kopieerpapier is een 3D-printmateriaal dat wordt gebruikt door het gepatenteerde SDL-proces dat wordt geleverd door Mcor Technologies. Het bedrijf hanteert een duidelijk ander verdienmodel dan andere 3D-printleveranciers, waarbij de initiële kost voor de 3D printer wat hoger is, maar de nadruk ligt sterk op een gemakkelijk verkrijgbare, kosteneffectieve printmateriaal, die lokaal kan worden gekocht. . 3D-geprinte modellen gemaakt met papier zijn veilig, milieuvriendelijk, gemakkelijk recycleerbaar en vereisen geen nabewerking.

Bio materiaal

Er wordt enorm veel onderzoek gedaan naar de mogelijkheden om te 3D-printen met biomaterialen voor tal van medische (en andere) toepassingen. Bij een aantal vooraanstaande instellingen wordt levend weefsel onderzocht met het oog op het ontwikkelen van toepassingen zoals het printen van menselijke organen voor transplantatie en uitwendige weefsels voor vervangende lichaamsdelen. Ander onderzoek op dit gebied is gericht op het ontwikkelen van voedingsmiddelen, waarbij vlees het belangrijkste voorbeeld is.

Voedsel

Experimenten met extruders voor het 3D printen van voedselonderdelen zijn de afgelopen jaren enorm toegenomen. Chocolade is de meest voorkomende (en wenselijke). Er zijn ook printers die met suiker werken en enkele experimenten met pasta en vlees. Kijkend naar de toekomst, wordt er onderzoek gedaan om 3D-printtechnologie te gebruiken om uitgebalanceerde hele maaltijden te produceren. Spannende tijden!

Overige

En tot slot, een bedrijf dat een uniek (eigen) materiaalaanbod heeft, is Stratasys, met zijn digitale materialen voor het Objet Connex 3D-printplatform. Dit aanbod houdt in dat standaard Objet 3D-printmaterialen tijdens het printproces kunnen worden gecombineerd – in verschillende en gespecificeerde concentraties – om nieuwe materialen te vormen met de benodigde eigenschappen. Er kunnen tot 140 verschillende digitale materialen worden gerealiseerd door de bestaande primaire materialen op verschillende manieren te combineren.

3D print applicaties

De oorsprong van 3D-printen in ‘Rapid Prototyping’ was gebaseerd op de principes van industriële prototyping als een manier om de vroegste stadia van productontwikkeling te versnellen met een snelle en ongecompliceerde manier om prototypes te produceren die meerdere iteraties van een product mogelijk maken. Zo kom je snel en efficiënt tot een optimale oplossing. Dit bespaart tijd en geld aan het begin van het gehele productontwikkelingsproces en zorgt voor vertrouwen boven productiegereedschap.

Prototyping is tegenwoordig waarschijnlijk nog steeds de grootste, hoewel soms over het hoofd geziene toepassing van 3D-printen.

Door de ontwikkelingen en verbeteringen van het proces en de materialen sinds de opkomst van 3D-printen voor prototyping, werden de processen opgepakt voor toepassingen verderop in de productontwikkelingsprocesketen. Gereedschaps- en giettoepassingen werden ontwikkeld met gebruikmaking van de voordelen van de verschillende processen. Deze toepassingen worden in toenemende mate gebruikt en toegepast in industriële sectoren.

Hieronder een opsomming van de industriële markten die enorm profiteren van industrieel 3D-printen voor al deze toepassingen:

Medische en Tandheelkundige applicaties

De medische sector wordt gezien als een sector die een vroege gebruiker was van 3D-printen, maar ook een sector met een enorm groeipotentieel, dankzij de personaliserings- en personalisatiemogelijkheden van de technologieën en het vermogen om het leven van mensen te verbeteren naarmate de processen verbeteren en materialen zijn ontwikkeld die voldoen aan de medische kwaliteitsnormen.

3D-printtechnologieën worden gebruikt voor tal van verschillende toepassingen. Naast het maken van prototypes ter ondersteuning van de ontwikkeling van nieuwe producten voor de medische en tandheelkundige industrie, worden de technologieën ook gebruikt om patronen te maken voor metalen kronen en bij de fabricage van gereedschappen om beugels te maken. De technologie wordt ook rechtstreeks benut om zowel voorraadartikelen, zoals heup- en knie-implantaten, als op maat gemaakte patiëntspecifieke producten te vervaardigen, zoals gehoorapparaten, inlegzolen voor schoenen, gepersonaliseerde protheses en eenmalige implantaten voor patiënten die aan ziekten lijden zoals artrose, osteoporose en kanker, evenals slachtoffers van ongevallen en trauma’s. 3D-geprinte chirurgische handleidingen voor specifieke operaties zijn ook een opkomende toepassing die chirurgen helpt bij hun werk en patiënten bij hun herstel. Er wordt ook technologie ontwikkeld voor het 3D-printen van huid, botten, weefsels, geneesmiddelen en zelfs menselijke organen. Deze technologie is echter nog grotendeels decennia verwijderd van commercialisering.

Aerospace

Net als de medische sector was de lucht- en ruimtevaartsector een early adopter van 3D-printtechnologieën in hun vroegste vormen voor productontwikkeling en prototyping. Deze bedrijven, die doorgaans samenwerken met academische en onderzoeksinstituten, stonden voorop of verlegden de grenzen van de technologieën voor productietoepassingen.

Vanwege de kritische aard van de ontwikkeling van vliegtuigen, zijn normen van cruciaal belang en worden 3D-printsystemen van industriële kwaliteit op de proef gesteld. Bij de ontwikkeling van processen en materialen is een aantal belangrijke toepassingen ontwikkeld voor de lucht- en ruimtevaartsector – en sommige niet-kritieke onderdelen zijn al klaar om in vliegtuigen te vliegen.

Bekende gebruikers zijn onder meer GE / Morris Technologies, Airbus / EADS, Rolls-Royce, BAE Systems en Boeing. Hoewel de meeste van deze bedrijven een realistische benadering volgen in termen van wat ze nu met de technologieën doen, en het meeste daarvan is R&D, worden sommigen behoorlijk optimistisch over de toekomst.