Hoe werkt 3D-printen precies?

3D-printen is een opkomende trend in de wereld, waarbij een digitaal bestand omgezet worden in een driedimensionaal, tastbaar object. De technologie die hierbij wordt gebruikt wordt aangeduid met additieve technologie en dit houdt in dat een object wordt gecreëerd door het plaatsen van lagen van filament. 3D-printen is wellicht nog niet wijdverspreid, maar de aandacht voor deze technologie is wel sterk groeiend. Zodoende is het belangrijk om te weten wat 3D-printen is, waar het allemaal voor wordt ingezet en welke software en accessoires hierbij van toepassing zijn.

Wat is 3D-printen?

Bij 3D-printen worden dus lagen van filament op elkaar gestapeld waardoor een driedimensionaal object ontstaat. Dit is als het ware het geheel van allemaal dun gesneden, horizontale lagen. Het model wordt allereerst voorbewerkt, wat slicing wordt genoemd. Hierbij wordt een 3D-model door middel van speciale software in duizenden of honderden horizontale lagen verdeeld. Dit is tevens het moment dat instellingen voor een print bepaald kunnen worden. Denk hierbij aan instellingen voor de resolutie, snelheid en invulling van het object. Een printer wordt standaard geleverd met de hierboven beschreven software.

Na het slicen kan het model ingeladen worden in de 3D-printer via een wifi-verbinding of via een SD- of USB-kabel. Welke input gebruikt kan worden voor dit proces hangt af van het soort 3D-printer dat je hebt, wat weer afhangt van het merk. Zodra het virtuele ontwerp van je 3D-print is geüpload in de printer kan het object geprint worden volgens het lagen-model. Hier komt een 3D-object uit voort.

Er zijn twee algemene methodes van 3D-printen:

• Fused Deposition Modeling (FDM): Deze methode komt het meest voor en omvat het smelten en uitharden van het filament. Dit filament wordt afgewikkeld van een spoel en via een mondstuk verwarmd tot 220 graden Celsius. Het wordt aangestuurd via computerondersteunde fabricage (CAM) software. Diverse materialen worden hiervoor gebruikt, waaronder polymerkzuur (PLA), koper en nylon.
• Stereolithografie (SLA): Deze methode werkt met het uitharden van fotopolymeer harsen met een UV-laser en het wordt vaak gebruikt voor medische toepassingen. Deze manier van 3D-printen wordt gebruikt voor ondersteunende structuren.

Wat zijn de voordelen van 3D-printen?

1. Complexe vormen tegen lage kosten

3D-printen zorgt voor veel mogelijkheden op diverse industriële gebieden. Dit komt allereerst door de geometrische complexiteit die behaald kan worden met een redelijk eenvoudige fabricage. Zo kunnen allerlei vormen geproduceerd worden, waarvoor geen vergelijkbare productie methodes beschikbaar zijn. In aanvulling hierop brengt dit geen hoge kosten met zich mee, wat het een voordelige methode maakt. Daarbij worden kosten laag gehouden door het efficiënt gebruik van materialen. Onderdelen van de printer hoeven ook niet op maat gemaakt te worden en het printen kost weinig tijd.

2. Hoog aanpassingsvermogen

In de traditionele productie worden enkel standaardmaten gebruikt, wat in dat geval voordeliger is. Zo zijn er standaard kleding- en schoenmaten. Echter, in veel gevallen loont het om specifiekere producten te produceren. Dit is mogelijk door middel van 3D-printen, aangezien er sprake is van een hoog aanpassingsvermogen voor elk onderdeel, zonder extra productiekosten.

3. Ruime keuze

Tot slot worden voor 3D-printen gangbare materialen gebruikt, zoals kunststoffen. Deze materialen brengen objecten voort die bestand zijn tegen hitte, sterkte en rigiditeit. Deze materialen kunnen overigens nog gevuld of versterkt worden, waardoor er veel veelzijdigheid bestaat.

Wat zijn de beperkingen van 3D-printen?

1. Beperkte nauwkeurigheid en tolerantie

Aan de andere kant hangt de nauwkeurigheid van 3D-objecten af van de kalibratie van de printer. Hierbij verschilt het per printer hoe hoog de tolerantie is, wat al snel een effect heeft op de resultaten. Om de nauwkeurigheid te verbeteren worden geprinte objecten voor kritieke toepassingen vaak nog afgewerkt door middel van frezen.

2. Lage kosteneffectiviteit bij grote aantallen

Ten tweede is het produceren van grote aantallen niet voordelig met een 3D-printer. Prototypes kunnen tegen lage kosten eenvoudig geproduceerd worden, maar de stukprijs neemt snel toe bij grote aantallen, waardoor schaalvoordelen beperkt zijn. Vaak wordt het keerpunt bereikt bij ongeveer 100 stuks.

3. Nabewerking

Zelden komen geprinte objecten klaar-voor-gebruik uit de printer, wat betekent dat nabewerking veelal vereist is. Vaak moeten ondersteuningen verwijderd worden en oneffenheden moeten vaak nog weggewerkt worden.

Waar worden 3D-printers voor gebruikt?

Het spectrum voor het gebruik van 3D-printers is erg groot en het wordt onder andere veel gebruikt in de luchtvaart, voor het produceren van kleine onderdelen, en auto’s, vanwege de hoge aanpasbaarheid van 3D-objecten. Andere belangrijke toepassingen zijn voor robotica, de doe-het-zelvers en de gezondheidszorg. Denk bij dit laatste aan de productie van gehoorapparaten en stents voor bloedvaten.

Hoe zit het met 3D-software en accessoires?

Het is belangrijk om de juiste software te gebruiken voor het beste resultaat. Een voorbeeld van 3D-software is de Ultimaker Cura software. Deze geavanceerde software bereidt een model voor en maakt hierbij gebruik van door experts geteste profielen. Door deze profielen hoef je niet handmatig parameters in te stellen, waardoor maximale efficiëntie behaald wordt. Zo kan een gestroomlijnde werkstroom gecreëerd worden met een gegarandeerd succesvol resultaat.

Daarnaast zijn er diverse accessoires te verkrijgen die ervoor zorgen dat je nog makkelijker en beter te werk kunt gaan. De Air Manager bijvoorbeeld zorgt voor een betere werkomgeving, waarbij jouw printer in een gesloten omgeving kan printen. Deze bescherming filtert 95 procent van fijne stofdeeltjes tijdens het printen weg door middel van de EPA-filter. Hierdoor wordt een gecontroleerde luchtstroom behouden en is er sprake van een hogere veiligheid. Als resultaat worden jouw 3D-objecten nog nauwkeuriger en mooier.