3D Printtechniek

3D printen is een vorm van additive manufacturing wat zich het best laat vertalen naar ‘fabricage door toe te voegen’. Dit beschrijft nauwkeurig hoe de 3d printtechniek werkt om een object te creëren. Met ‘toevoegen’ wordt gewezen op het herhaaldelijk aanbrengen van dunne lagen van tussen de 16 en 180 micron om een object te creëren. In feite zijn alle 3D printtechnieken in de basis gelijk omdat ze allemaal een object laag voor laag opbouwen en zo de meest complexe vormen kunnen realiseren.

Hoe werkt 3D printen

Je kunt 3D printen onderverdelen in 3 basis stappen:

  1. De eerste stap is de voorbereiding voor het printen waarbij je een 3D model ontwerpt van het object dat je wilt gaan printen. Dit 3D model kun je ontwerpen met behulp van CAD software, met een 3D scanner of door het eenvoudigweg te downloaden van een online marktplaats. Zodra je gecontroleerd hebt of de printer klaar is voor gebruik kun je door naar stap 2;
  2. Stap 2 bestaat uit het feitelijke printen. Eerst kies je het materiaal waarvan je denkt dat het beste past bij de specifieke eisen die je stelt aan het object. De hoeveelheid materialen is overweldigend. Denk daarbij aan kunststof (plastic), keramiek, harsen (resin), metalen, zand, textiel, biologisch materiaal, glas, voedsel en zelfs maanzand :). De meeste materialen kun je ook nog eens op 100 + 1 manieren afwerken (finishen) waardoor je precies dat ontwerp kunt krijgen dat jij in gedachten hebt. Sommige materialen zijn nog behoorlijk in ontwikkeling waaronder glas. Deze zijn nog niet zo eenvoudig toegankelijk.
  3. De derde stap bestaat uit het afwerken. Deze stap vereist vaak specifieke vaardigheden en materialen. Zodra een object is geprint kan het vaak nog niet gebruikt worden of afgeleverd. Het moet dan bijvoorbeeld nog worden geschuurd, gelakt of geverfd naar wens.

Welke 3D printtechnieken zijn er?

Het materiaal dat jij vanwege zijn eigenschappen wilt gaan gebruiken bepaalt de printmethode. Hierna beschrijven wij de meest gangbare technieken voor elke groep van materialen.

Als je kunststof of alumide wilt gebruiken

  1. Fused Deposition Modeling (FDM) Technologie
    Deze technologie staat aan de basis van de 3D markt en wordt voornamelijk gebruikt door individuele personen. Het is de meest populaire 3D printtechniek door het enorme aanbod van FDM printers in de markt. FDM is een betaalbaar 3D printproces wanneer je het vergelijkt met andere technieken. Het proces bestaat uit het smelten van materiaal dat via een printkop laag voor laag wordt neergelegd (depositing). Het bed wordt verlaagd of de printkop gaat omhoog na elke laag totdat uiteindelijk het volledige object klaar is. De laagdikte bepaald de printkwaliteit van het object. Sommige FDM printers hebben 2 of meer printkoppen zodat je bijvoorbeeld ook in meerdere kleuren kunt printen of de nodige ‘ondersteuning’ kunt voorzien bij objecten die moeilijk te printen zijn omdat ze bijvoorbeeld erg ‘overhangen’
  2. SLS Technologie
    Laser Sintering is een 3D printtechniek waarbij een object laag voor laag wordt opgebouwd door het aan elkaar verbinden van poeder door middel van een laserstraal. Dit proces maakt het mogelijk zeer complexe vormen te printen. Zelfs vormen die elkaar los omsluiten (interlocking) zijn mogelijk. SLS kan op dit moment goed overweg met kunststof en alumide.

Met FDM 3D printtechnieken maakt je de mooiste objecten.

Wil je deze 2 technologieën met elkaar vergelijken? Bekijk dan eens onze ‘head to head’ FDM vs. SLS.

 Als je resin of was wilt gaan gebruiken

De technologie die je dan nodig hebt heet photopolymerisation. Dit is een techniek waarbij je foto sensitief materiaal uithardt door middel van UV licht. Deze 3D printtechniek wordt gebruikt door  verschillende 3D printmethodes.

  1. Stereolithography (SLA)
    SLA maakt gebruik foto gevoelige hars. Het bouwvlak zakt in kleine stapje en het vloeibare hars wordt door middel van UV belicht waarbij de laser steeds laag voor laag een doorsnede belicht totdat het in zijn geheel klaar is. Het 3D object wordt als het ware uit de container met hars getrokken waardoor er ruimte vrij komt voor de hars die nog niet uitgehard die dus aan de basis staat van de volgende laag. Andersom kan het ook door een object laag voor laag in de container te trekken waarbij elke laag van boven af wordt uitgehard.
  2. Digital Light Processing (DLP)
    DLP maakt gebruik van een projector om de foto gevoelige hars uit te harden. Dit proces lijkt erg veel op SLA maar in plaats van een UV laser voor het uitharden wordt gebruik gemaakt van een lamp. De objecten worden gelijksoortig opgebouwd door het uit de container met hars te trekken of er in te duwen.
  3. MultiJet printers:
    Net als bij SLA gebruikt deze hoge kwaliteitstechnieken PolyJet en Multijet UV licht voor het fixeren van photopolymeer. Echter, anders dan bij het scannen van een volledige laag spuit deze printer hele kleine druppels photopolymeer (vergelijkbaar met de inktdruppels in een inktjetprinter) in de vorm van de eerste laag. De UV lamp die aan de printkop is bevestigd belicht de laag die hierdoor uithardt. Het printbed zakt vervolgens een laagdikte en meer materiaal wordt op de gefixeerde laag aangebracht.

PolyJet and MultiJet

Als je wilt printen in metaal

  1. DLP
    DLP in combinatie met ‘verdwenen was’ giettechniek maakt het ook mogelijk om objecten in 3D te printen met zilver en koper / messing. Eerst printen we een 3D model in was. Daarna maken we een mal om de was heen. Vervolgens smelten we de was en de ruimte die dan ontstaat vullen we met bijvoorbeeld zilver.
  2. SLS
    Bij het sinteren verhit men materiaalkorrels tot op een temperatuur waarop ze net niet smelten. Op die manier groeien de contactpunten tussen de korrels, waardoor een zeer hard materiaal kan ontstaan.
  3. Direct Metal Laser Sintering (DMLS)
    DMLS gebruikt een laser als energiebron om metaal poeder laag voor laag te sinteren. Het DMLS is vergelijkbaar met het SLS proces. De gebruikte onderdelen en afstelling zijn echter geoptimaliseerd voor metaal poeder.
  4. Electron Beam Melting (EBM)
    EBM gebruikt een elektronen kanon als energiebron voor het fixeren van metaalpoeder. Een röntgen straal smelt metaal poeder laag voor laag in een hoog vacuüm waardoor volledige versmelting van het metaal poeder mogelijk is. Deze methode stelt ons in staat om metalen onderdelen te fabriceren met een zeer hoge dichtheid waarbij de oorspronkelijke materiaaleigenschappen blijven behouden.

Als je met meerdere kleuren wilt werken

  1. Binder Jetting
    Binder Jetting is zo enorm populair omdat je gedetailleerde 3D prints in full colour kunt printen. Een geautomatiseerde roller verspreid een laag van poeder op het bouwplatform. Overtollig materiaal wordt naar de zijkanten weggeduwd zodat het printbed volledig is bedekt door een laag compact poeder. Op de as voegt een printkop een vloeibaar bindmiddel toe. Tegelijkertijd wordt ook de kleur in de vorm van vloeibare inkt toegevoegd.
  2. Selective Deposition Lamination
    SDL is een 3D print methode die gebruik maakt van papier. Deze methode is vergelijkbaar met de Laminated Object Manufacturing (LOM) rapid prototyping methode. Het is een behoorlijk complexe methode waarbij lagen van hechtend speciaal papier (of laagjes kunststof of metaal) op een volgend aan elkaar verlijmd worden met een verwarmde roller. Daarna wordt het materiaal, laag voor laag, in zijn vorm gesneden door middel van een laser snijder. De roller met materiaal brengt elke nieuwe laag materiaal aan over de vorige laag en dit proces gaat door totdat het object af is.
  3. Triple-jetting technology (PolyJet)
    Polyjet is een technologie die gebruikt wordt door de Stratasys Objet500 Connex3. Dit is de meeste technische en geavanceerde Polyjet 3D print techniek.Met deze methode zijn wij in staat om extreem nauwkeurig te printen met 3 verschillende materialen dus in 3 kleuren. Wil je meer weten over deze technologie. Bezoek dan deze pagina’s: PolyJet & Multijet

De 3D printtechniek voor full colour prints.

Een vergelijking van 3D print technieken

Technologie Additive Manufacturing Process Voordelen Nadelen Kunststof Metaal Resin Meerkleurig
Fused Deposition Modelling Materiaal Extrusie Sterke delen en eenvoudig zelf te printen Slechtere oppervlakte afwerking en langzaam. Vereist support structuren Ja
Selective Laser Sintering Poeder Bed Fusie Support structuren zijn niet nodig. Hoge hitte en chemische stabiliteit. Hoge snelheid. Beperkte precisie afhankelijk van de grootte van het poeder deeltje. Ruwe oppervlakte afwerking Ja
Direct Metal Laser Sintering Poeder Bed Fusie Hoge materiaal dichtheid.
Ingewikkeld.
Moet verplicht nabewerkt worden Ja
Electron Beam Melting Poeder Bed Fusie Hoge printsnelheid en lage vervorming

 

Nabewerking is noodzakelijk. Gevaar omdat met Röntgen straling gewerkt wordt. Ja
Stereolithography Photopoly- merisatie Complex geometrie is mogelijk. Gedetailleerde details en vloeiende afwerking. Nabewerking is noodzakelijk en support structuren zijn nodig. Ja
Digital Light Processing Photopoly- merisatie Tegelijkertijd meerdere objecten printen. Complexe vormen en grote maten. Hoge nauwkeurigheid. Laagdikte is een beperking en ene beperkt aantal materialen. Ja
MultiJet en PolyJet Materiaal Jetting Goede precisie. Goede oppervlakte afwerking. Meerdere materialen en kleuren mogelijk. En niet nodig om supportmateriaal te verwijderen Langzaam Ja Ja
Binder Jetting Jetting Lagere prijs. Printen in meerdere kleuren. Hoge snelheid. Beperkte materiaal keuze en kwetsbare onderdelen. Ja
Selective Deposition Lamination Sheet Lamination Lagere prijs. Geen giftige materialen. Snel grote onderdelen printen. Minder nauwkeurig en lage vorm continuïteit Ja

 

Conclusie

De lijst met 3D printtechnieken en processen neemt alleen maar toe omdat de wereld van 3D printen nu eenmaal aan zeer veel ontwikkeling onderhevig is. De industrie blijft innovaties doorvoeren op het gebied van hardware en materialen. Ook de processen voor het printen van objecten evolueren. Afhankelijk van veel factoren waaronder budget, ontwerp en functionaliteit zijn van invloed op het bepalen van de juiste printtechniek en het printmateriaal. Een ding is zeker, 3D printen is in staat om zeer veel objecten te printen die voorheen alleen in massa geproduceerd konden worden.

Online 3D print services zoals Shapeways behouden hun bestaansrecht aan de complexiteit, tijd en vaardigheden die nodig zijn bij het printen en afwerken. Deze complexiteit kan mensen weerhouden te stappen in deze wondere wereld maar bij 3D Direct proberen wij kennis te delen zodat iedereen zelf aan de slag kan.

Wat ga jij vandaag printen?