Wat is 3D-printen?

3D-printen is een verzameling technologieën die allemaal proberen antwoord te geven op de vraag: "Wat is de beste manier om een ​​individueel fysiek object te maken door het laag voor laag op te bouwen?" Bij 3D-printen bouw je typisch sneetje voor sneetje brood.

De technologieën werken allemaal anders, maar een van de meest voorkomende FDM (Fused Deposition Modelling) werkt met een printkop die een plastic filament krijgt (meestal ABS, hetzelfde plastic waarvan LEGO is gemaakt).

Een 3D-bestand wordt door software gecontroleerd om te zien of het afdrukbaar is.

De software snijdt het bestand vervolgens in plakjes en stuurt het naar een machine.

Een plastic filament wordt door de printkop gevoerd.

Het filament smelt en de kop legt het vervolgens neer op een bouwplatform.

De kop beweegt rond en deponeert het materiaal zodat het de onderste plak van het object vormt.

Het hoofd keert terug naar de uitgangspositie en het bouwplatform wordt neergelaten.

Het hoofd bouwt vervolgens de nieuwe laag bovenop de eerste en dit wordt herhaald totdat het object klaar is.

Knijp voor een doe-het-zelfsimulatie een tube tandpasta uit op je hand.

Als we een vorm van een wijnglas zouden bouwen, zouden we een probleem tegenkomen. Als we de kom van het glas zouden willen bedrukken, zou het plastic alle kanten op gaan. Hierdoor deponeren geavanceerde machines (en binnenkort ook desktopmachines) ook ondersteunend materiaal. Met ondersteuningsmateriaal heeft de printkop twee extruders, één die bouwmateriaal deponeert en de andere ondersteuningsmateriaal. Dus bij het bouwen van een wijnglas zou je eigenlijk een cilindervorm bouwen die zich uitstrekt tot aan de verste uithoeken van de kom van het glas.

De printkop zou bouwmateriaal extruderen voor de delen van de laag die uiteindelijk het wijnglas zouden worden en ook veel ondersteunend materiaal extruderen, zodat als er eenmaal een overhangende structuur moet worden gebouwd, het bouwmateriaal daar bovenop kan worden gebouwd. Je krijgt dus een cilinder van plastic waar je wijnglas in zit. Je kunt dan water of een bad met oplosmiddel gebruiken (er zijn veel manieren) om het ondersteunende materiaal weg te spoelen en je hebt je uiteindelijke object over.

Hier is een video die laat zien hoe dit proces werkt (onthulling, video is gemaakt door Materialise, een bedrijf waar ik voor werkte):

Hier is nog een video van Shapeways (onthulling, ik heb daar ook gewerkt) waarin je wat ondersteunend materiaal en de verwijdering ervan laat zien:

FDM geeft u een hoge maatnauwkeurigheid, maar de onderdelen zijn over het algemeen minder aantrekkelijk dan die gemaakt met andere technologieën.

Selectief lasersinteren

 

 

Selectief laserinterteren of lasersinteren is een ander proces waarbij een fijn plastic poeder (PA12 vergelijkbaar met nylon) wordt afgezet en een laser de onderdelen sintert die uw model zullen worden. De rest van het poeder dient als ondersteuning. Er wordt dan een nieuwe laag aangebracht en het proces herhaalt zich. Je houdt dan een blok fijn poeder over dat je onderdelen vasthoudt. SLS voelt aan als een spijkerbroek en heeft geweldige mechanische eigenschappen, maar het materiaal is poreus en absorbeert dus vuil en vloeistoffen. Hierboven is een UAV-vleugel gebouwd met SLS.

DMLS

 

 

Ook kun je titanium en staal 3D printen met DMLS (Direct Metal Laser Sintering) wat op dezelfde manier werkt, maar dan met titaniumpoeder. Hier ziet u hoe een kaakimplantaat wordt gemaakt:

DMLS geeft u metalen onderdelen en een zeer hoge sterkte, maar naast de ondersteuning die afkomstig is van het ongesinterde poeder, moeten er extra ondersteuningsstructuren worden gemaakt vanwege de hoge temperaturen die op het onderdeel inwerken. Deze moeten met de hand worden verwijderd met behulp van een flex of ander gereedschapswerktuig.

EBM

 

 

Electon Beam Melting (EBM) werkt met een gerichte bundel elektronen. EBM heeft een ruwere oppervlaktestructuur dan andere processen, maar dit maakt het bij uitstek geschikt voor implantaten. Elk jaar worden er meer dan 30,000 orthopedische implantaten gemaakt met EBM.

3d printen

 

De feitelijke juiste naam voor alle 3D-printtechnologieën is additive manufacturing, maar het publiek heeft 3D-printen als term gekozen. 3D-printen is eigenlijk de naam van een set technologieën die is afgeleid van het MIT 3D-printoctrooi waarbij een printkop (dezelfde als in uw Hewlett-Packard-printer) over een laag poeder gaat en dit materiaal bindt met een bindmiddel. U kunt met dit proces kleur afdrukken en dit is wat de Zcorp-machines doen. Met dezelfde technologie, maar met een complexer proces, kan ExOne metaal printen. Zcorp-onderdelen hebben kleur, maar zijn kwetsbaar. ExOne maakt metalen onderdelen goedkoop (een stalen trouwring kost $ 8), maar heeft een lagere maatnauwkeurigheid en kost relatief veel tijd.

Voxeljet gebruikt dezelfde technologie om zand en PMMA te printen en dit proces wordt gebruikt voor het gieten van veel pompen en andere industriële machines. Voxeljet heeft momenteel de grootste 3D-printer ter wereld met een bouwvolume van 4 x 2 x 1 meter.

 

Stereolithografie

 

Stereolithografie was eigenlijk de eerste technologie die werd gecommercialiseerd en werd uitgevonden door Chuck Hull bij 3D Systems. Lasers bouwen zich op en maken bezwaar in een harsbad. Dit proces zorgt voor een grote gladheid en mooi ogende delen, maar het vereist een uithardingsstap en ondersteunende structuren moeten met de hand worden verwijderd. Op de foto hierboven kun je de ondersteunende structuren zien die een replica van de mummie van King Tut omhoog houden (let op de traliewerkconstructie die het hoofd omhoog houdt). SLA-onderdelen zijn doorgaans ook minder bestand tegen de slijtage van de echte wereld en worden gebruikt voor zaken als prototypes omdat ze er goed uitzien en er geweldig uitzien als ze klaar zijn. Een voorbeeld van het Citroën GT-auto-interieur en dashboard hieronder, de video toont u een lamp gemaakt met SLA.

 

Envisiontec

 

(Openbaarmaking, ik doe momenteel advieswerk voor Envisiontec) Terwijl bijna alle 3D-printtechnologieën laag voor laag werken, zijn er uitzonderingen. Bij Envisiontec wordt gebruik gemaakt van digitale lichtverwerking (dezelfde technologie als in DLP-projectoren en DLP-tv's). Een vloeibare hars wordt uitgehard en vast gemaakt door een DLP-projector die er een beeld van een voxel (volumetrische pixel) op projecteert. De grootte en vorm van de resulterende afgedrukte voxel kan variëren en is afhankelijk van de afbeelding. Envisiontec kan niet echt grote dingen maken, maar wel kleine zeer gedetailleerde dingen zoals gehoorapparaten op maat, tandheelkundige implantaten en mallen voor juwelen. Hierboven zie je een opbouwbak met hoortoestellen. Meer dan 10,000,000 paar hoortoestellen zijn 3D-geprint. De tweede video is in het Duits, maar laat wel zien hoe de technologie wordt gebruikt door tandartsen.

 

Voorwerp

Objet werkt wanneer een fotopolymeer wordt afgezet door een inkjetprintkop. De resulterende laag wordt vervolgens uitgehard met een UV-lamp. Traditioneel was het probleem met Objet dat onderdelen die ermee werden gemaakt erg kwetsbaar waren, maar ze hebben de materialen verbeterd. Het meest interessante aan Objet is dat het multimateriaal 3D-printen kan, dus je kunt bijvoorbeeld dingen maken met verschillende dichtheden en hardheden. Het handvat van het scheermes hieronder kan flexibel worden gemaakt in delen en stijf in andere delen, terwijl je zachte kussentjes hebt waar je het vasthoudt, alles in één oplage (grappig genoeg kan het onderstaande scheermes een geval van inbreuk op het auteursrecht zijn, omdat Gillette patenten heeft voor het maken van 3D-geprinte scheermesjes, 3D dus dit kan betekenen dat dit een vorm is die je niet mag maken. Patent EP2266727A1 - Een methode om een ​​functionele scheermesjescartridge en een functionele scheermesjescartridge te vormen)

 

Waarom is 3D-printen nuttig?

Met 3D-printen kun je snel unieke vormen maken zonder opstartkosten. Bij traditionele massaproductie ben je acht weken bezig met het maken van een mal en gereedschap en moet je acht weken wachten op je spullen uit China. Een vorm kan je ergens tussen $ 10,000 en $ 200,000 kosten, maar als je eenmaal de tijd en kosten hebt genomen om deze vorm te maken, kan hij een miljoen identieke dingen uitspuwen tegen een hoog tarief voor een zeer lage kosten.

Bij een 3D-printer moet een object afzonderlijk in een machine worden opgebouwd. Zodra je het ontwerp hebt, kun je beginnen met printen. Maar vanwege de kosten van de materialen en de kosten van de machine en de ruimte die het onderdeel inneemt in de machine (aankoop, interieurvolume en snelheid) zal uw ding doorgaans duurder zijn dan een spuitgegoten artikel. Dus een 3D-geprinte lamp kost u misschien $ 80, terwijl de spuitgegoten lamp $ 1 kost. Maar met 3D-printen zou je duizenden variaties van deze lamp kunnen maken en deze allemaal kunnen printen zonder extra kosten of tijd, elk kost $ 80 (grotere lampen zullen duurder zijn, en er kunnen kosten zijn voor het aanpassen van het ontwerp).

3D-printen blinkt uit in het maken van unieke dingen. Dingen die maar één keer gemaakt hoeven te worden, dingen die geïndividualiseerd zijn, dingen die alleen bedoeld zijn om mooi te zijn voor één persoon.

Waarom is 3D-printen revolutionair?

Met 3D printen kun je dicht bij de klant of zelfs bij je thuis printen. Omdat veel van de dingen die ons omringen massaal worden vervaardigd, zijn deze dingen waardeloos. Het is de bedoeling dat ze met miljoenen worden geproduceerd, want zo werken deze massaproductieprocessen. Ze zijn dus bedoeld om een ​​groot aantal mensen aan te spreken zonder aan iemands behoeften te voldoen. Met 3D printen kun je unieke dingen maken en ontwerpen en dingen maken voor één persoon. U kunt ook vormen maken die op geen enkele andere manier kunnen worden gemaakt. Door anders te produceren, kun je dingen op aanvraag produceren of je ontwerp herhalen en testen terwijl je steeds betere dingen maakt. We kunnen ook samenwerken en ontwerpen delen en verbeteren met behulp van software en zo de kwaliteit van alle dingen verbeteren. We zullen ook de productie kunnen democratiseren en mogelijk iedereen alles laten maken. Dit zal een fundamentele impact hebben op onze wereld.

Voor meer informatie kunt u dit antwoord controleren:
Waarom wordt 3D-printen de derde industriële revolutie genoemd?

3D-printindustrie

De 3D-printindustrie is een bedrijfstak van $ 2,000,000,000 die sinds 1989 met 26 procent per jaar aan inkomsten groeit. Terwijl de media zich richten op 3D-printen voor thuisgebruik, de hele branche is business-to-business.

Veel bedrijven gebruiken 3D-printers om prototypes van dingen te maken. Ze gebruiken ze om ontwerpen te testen en sneller producten te ontwikkelen. Andere bedrijven gebruiken de technologie voor kleine oplages, reserveonderdelen of productie in kleine volumes. Het wordt gebruikt in autoraces om onderdelen te maken en ook bij het aanpassen van auto's en in zaken als het Veyron-dashboard. Onderdelen van de Dreamliner en Airbus A380 zijn 3D-geprint en worden gebruikt in medische prototypes, chirurgische geleiders en implantaten. Overal waar behoefte is aan een uniek item met een specifiek ontwerp is 3D printen te vinden. In de kern is de belofte van 3D-printen als een wensvervullingstechnologie waarmee we alles kunnen bedenken en maken.

Wat zijn enkele van de beperkingen van 3D-printen?

De machines zijn te duur en niet betrouwbaar.
Materialen zijn niet sterk genoeg.
Veel 3D-geprinte onderdelen zien er niet goed genoeg uit.
Ontwerpen voor 3D-printen is te moeilijk.
Het blanco canvas-probleem betekent dat we vaak niet geïnspireerd zijn of zelfs bang zijn om iets te creëren.
Machines zijn niet snel genoeg.
Veel onderdelen zijn niet glad genoeg.
enz.