3D-printtechnologie: hoe werkt het?

Alle 3D-printtechnologieën maken laag voor laag fysieke objecten van digitale ontwerpen. Elk met behulp van een eigen gepatenteerde methode. Hoe werken deze technologieën precies en hoe ziet de output er uit? Wat zijn de voordelen van elk proces en wat zijn de gebreken? In het artikel ‘Hoe werkt 3D printen?’ werd al uitgelegd hoe 3D-printen werkt en welke verschillende 3D-printtechnologieën er zijn. In het volgende gedeelte bespreken we de twee meest voorkomende 3D-printtechnologieën: Fused Deposition Modeling (FDM) en Stereolithography en Digital Light Processing (SLA & DLP).

Fused Deposition Modeling (FDM)

Fused Deposition Modeling is de meest voorkomende 3D-printtechnologie. Een uitstekend methode om snel en tegen lage kosten een prototype te maken. Je kunt niet alleen een kant-en-klare 3D printer kopen, maar ook zelf een FDM 3D printer bouwen via een 3D printer kit.

Het FDM-drukproces begint met een draad van thermoplastic, genaamd filament. Dit filament wordt vanaf een haspel naar een verwarmde spuitmond geleid waar het materiaal smelt. Eenmaal in gesmolten toestand kan het materiaal geëxtrudeerd worden op een specifieke en vooraf bepaalde manier die in de software op de computer is bepaald. Het materiaal wordt als een laag van het object geëxtrudeerd, waarna het direct afkoelt en stolt. Dit vormt de basis voor de volgende laag materiaal totdat het gehele object is vervaardigd.

Schematisch overzicht van de FDM-technologie

FDM is de goedkoopste 3D-printtechnologie op de markt. U kunt gebruiken van een breed scala aan materialen op basis van kunststof, in een regenboog van kleuren, waaronder ABS, PLA filament, nylon en zelfs meer exotische materialen, waaronder koolstof, brons of hout. FDM is een uitstekende keuze om snel en tegen lage kosten een prototype te produceren en biedt een scala aan mogelijkheden.

Stereolithography en Digital Light Processing (SLA & DLP)

De 3D-printtechnologieën Stereolithography en Digital Light Processing maken 3D-objecten door een vloeibare hars met behulp van een lichtbron uit te harden. Deze methodes worden veelal gebruikt voor het creëren van gedetailleerde prototypes, zoals beelden en juwelen.

Bij de productie van een 3D-object wordt een bouwplatform ondergedompeld in een doorzichtig reservoir gevuld met vloeibare hars. Een licht in de 3D-printer brengt elke laag van het object in kaart vanaf de bodem van het reservoir waarna het materiaal stolt. Het platform gaat vervolgens omhoog waardoor een nieuwe laag hars onder het object stroomt. Dit proces wordt laag voor laag herhaald tot het gewenste object is voltooid. Op basis van de gebruikte lichtbron worden twee methodes onderscheiden: SLA maakt gebruik van een laser, terwijl DLP een projector gebruikt.

Schematisch overzicht van de SLA-technologie

SLA & DLP 3D-printers produceren zeer nauwkeurige onderdelen met glad afgewerkte oppervlaktes en worden vaak gebruikt voor zeer gedetailleerde sculpturen en juwelen. Vanwege hun relatief kleine omvang zijn ze niet geschikt voor het printen van grote objecten.

Lees meer over deze en andere 3D-printtechnologieën in een handleiding van de 3D Printing Industry.

Hoe werkt 3D printen?

3D printen stelt gebruikers in staat om 3D voorwerpen te fabriceren uit een computermodel. Deze nieuwe vorm van printen herziet de huidige productietechniek van bedrijven. 3D printen werkt als volgt:

  1. Allereerst wordt een 3D afbeelding gemaakt met behulp van computerondersteunde ontwerpsoftware (CAD).
  2. Het CAD-bestand wordt naar de 3D printer verzonden.
  3. De printer legt opeenvolgende lagen van vloeistof, poeder, papier of metaal en bouwt het model uit een reeks van dwarsdoorsneden. De motor tekent in het plastic filament, smelt het plastic en duwt het gesmolten plastic door het mondstuk.

Soorten additieve processen

De verschillende 3D print processen die sinds het einde van de jaren 1970 zijn uitgevonden:

  • Het extrusieproces is een vormgevingstechniek waarbij een vervormbaar materiaal (meestal verwarmd) door een mal wordt geperst. Het eindresultaat is een staaf die een massieve of holle vorm heeft. Dit proces maakt gebruik van thermoplasten (materiaal van kunststof dat bij verhitting zacht wordt), eutectische metalen (mengsel van twee of meer elementen die samen een lager smeltpunt hebben dan de componenten waar het mengsel uit bestaat), eetbare materialen of metaallegering (brons is bijvoorbeeld een legering van koper en tin).
  • Het granulair (korrelig) proces waarbij de printer korrelig materiaal verhit en het aan elkaar smelt. Deze techniek smelt onderdelen laag voor laag aan elkaar totdat het voorwerp is gebouwd. Dit proces werkt met metaallegeringen, titaniumlegeringen, thermoplasten, metaalpoeders, keramische poeders of gips.
  • Het lamineerproces dat voorwerpen bouwt uit dunne lagen plastic folie, papier of metalen folie.
  • Het lichtpolymerisatieproces waarin een vat met daarin vloeibaar polymeer herhaaldelijk wordt blootgesteld aan licht. Het blootgestelde vloeibare polymeer verhardt in kleine stappen totdat het model is voltooid.

De volgende industriële revolutie?

Intellectuele eigendom problemen en de kwaliteit van de geprinte voorwerpen blijven zorgen baren, maar 3D printen heeft de productie en industrieel ontwerp al enorm beïnvloedt. Hier zijn enkele potentiële toepassingen van deze technologie:

  • Een werkend pistool

‘s Werelds eerste 3D geprinte wapen werd succesvol getest in maart 2013.

  • Stamcel

De 3D printer creëert uniforme druppels van levende stamcellen, welke onderzoekers gebruiken om medicijnen mee te testen of miniatuur weefsels mee te maken. Het uiteindelijke doel is om hele organen vanuit het niets te laten groeien.

  • Kunstmatig oor

Een kunstmatig oor kan radiosignalen oppikken, buiten het bereik van het menselijke gehoor.

  • Maanbasis

De 3D printtechnologie wordt getest voor een efficiënter werkende maanbasis.

De voor- en nadelen van 3D printen

Zoals elke menselijke uitvinding heeft 3D printtechnologie zowel positieve als negatieve gevolgen voor het milieu en de economie. Door voorwerpen te creëren via een additief proces wordt minder materiaal verspild dan wanneer men een ontwerp uit een blok snijdt. Het printen van beperkte oplages voorkomt dat de markt wordt overspoeld met overbodige spullen die toch op de stortplaats belanden. Het recreëren van een kapot onderdeel vanuit een digitaal bestand moedigt het repareren van voorwerpen aan. Zo voorkomt men dat voorwerpen worden weggegooid en een goedkope vervanging wordt gekocht. Dankzij de 3D printtechnologie waren hulporganisaties in staat om in het door een aardbeving getroffen Haïti snel en goedkoop medische artikelen te printen. Niet alleen werden zo tekorten aangevuld, maar ook kapotte of ontbrekende onderdelen vervangen waardoor apparatuur weer in gebruik kon worden genomen. “De voor- en nadelen van 3D printen” verder lezen