3D-printer

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Versnelde film waarin getoond wordt hoe een 3D-printer een object van polymelkzuur opbouwt (duur: 3:30 min.)
Toren met wenteltrap (stereolithografie)

Een 3D-printer is een apparaat dat op basis van digitale "bouwtekeningen" (computerbestanden) min of meer willekeurige driedimensionale objecten kan produceren. Dit gebeurt door het object laag na laag op te bouwen. Het is een grote tak van de rapid prototyping-industrie.

Geschiedenis[bewerken]

Het driedimensionale printproces is ontstaan uit een aantal projecten van het MIT in het jaar 2000. Dit is een uitbreiding van rapid prototyping, waarbij het er vooral om ging om in een mum van tijd een prototypemodel te maken. De eerste toepassingen waren met een metaal als productiestof.

Het MIT heeft na een succesvolle werking licenties overgedragen aan zes bedrijven voor het commercieel produceren en gebruiken van deze technologie. De volgende stap was het produceren van modellen gebaseerd op andere stoffen, zoals keramiek.

In 2005 ontstond er in de Verenigde Staten een snel groeiende markt voor hobbyisten en thuisgebruik met het beschikbaar komen van de open-source RepRap en de Fab@Home projecten. De meeste 3D printers voor thuisgebruik gebruiken technieken die hiervan afgeleid zijn. [1] Een in 2013 uitgevoerde studie[2] toonde aan dat 3D printen een massaproduct zou kunnen worden waarmee consumenten geld zouden kunnen besparen bij het kopen van kleine huishoudelijke producten. In plaats van het kopen van een door spuitgieten ontwikkeld product zoals een beker of een trechter, zou iemand dat dan thuis kunnen printen.

Er zijn tegenwoordig ook opleidingen die 3D Printen aanbieden in hun lessen, om zo studenten bekend te maken met de mogelijkheden van 3D Printing.

Hoe het werkt[bewerken]

Een veelgebruikte methode bij 3D-printen is het gebruikmaken van een fijn poeder (gips, plantaardige stoffen, bioplastic, polyurethaan, polyester, epoxy, enzovoort) zoals inkjetprinters gebruiken, waarbij er telkens lagen van dit poeder met elkaar verbonden worden zodat deze een vaste vorm aannemen. Deze bindingen worden gedefinieerd door een CAD-bestand. Deze methode is de enige methode waarbij je een model volledig met kleuren kunt uitprinten. Het is ook de snelste methode.

Fused deposition modeling (FDM) is een andere manier, waarbij gesmolten polymeren op een supportlaag worden gespoten en het model zo laag per laag wordt opgebouwd.

Een andere methode is het gebruikmaken van vloeistoffen, zoals fotopolymeer, door eenzelfde inkjet-type-kop, waarbij men ook telkens laag per laag print. Vervolgens wordt er een uv-licht aan de printkop geactiveerd dat iedere liquide laag tot een vaste laag maakt. Deze methode is ook bekend onder de naam stereolithografie.

Een gelijksoortige printmethode is het gebruiken van een speciale gel die beschoten wordt door een laser op de plekken die solide moeten zijn. Vervolgens wordt de niet-solide gel van de solide gel gewassen. Uit deze methode kan men objecten modelleren die kleiner zijn dan 100 nm, alsook complexe modellen.

De tussenlaag die de verschillende lagen bindt kan men na het creëren van het model manueel verwijderen of, mits gebruikmakend van duurdere printertypes, oplossen in een vloeistof door het model erin te dompelen. Het resultaat is een hol model dat vrij accuraat zijn virtuele originele vorm nabootst.

Een nieuwere methode die men tegenwoordig gebruikt is die van het printen met een metaal als grondstof. Het werkt net zoals de 'gewone' methode, alleen wordt er hier gebruikgemaakt van een metaalpoeder. De metalen modellen die hieruit worden geproduceerd, hebben meestal tot doel als onderdeel te dienen voor een groter model. Het maakt trouwens niet uit welke modelleringssoftware men gebruikt voor het model, zolang deze het model kan uitvoeren in het formaat dat gebruikt wordt door de printersoftware.

Resoluties en afmetingen van de modellen[bewerken]

De resolutie van de huidige printers is tussen de 328 × 328 × 606 DPI (xyz) op HD-resolutie tot 656 × 656 × 800 DPI (xyz) in ultra HD-resolutie. De nauwkeurigheid tot 0,025 mm - 0,05 mm per inch. De grootte van een model kan oplopen tot 737 mm × 1257 mm × 1504 mm. Het detail van het model wordt bovendien ook nog ingesteld via het aantal polygonen waaruit het model bestaat.

Gebruikstoepassingen[bewerken]

In de hedendaagse wereld wordt deze printer vooral toegepast in bedrijven die concepten nodig hebben en tijd willen besparen met het zelf creëren van modellen door deze op de achtergrond te laten printen. Hierbij behoren de medische wetenschap, architectuur, mode en design, maar ook de entertainmentindustrie zoals de gamesindustrie en filmindustrie tot de gebruikers. Ook kunstenaars gebruiken deze machine om hun creaties in een relatief korte tijd in een vaste vorm te krijgen.

Tegenwoordig is er ook een algemene groei van bedrijven die zich specialiseren in het printen van 3D-modellen met name ten behoeve van andere ondernemingen.

In principe hoeft een consument met een eigen 3D-printer en de benodigde materialen van een product dat hij wil hebben en daarvoor in aanmerking komt slechts de "bouwtekening" te bestellen; hij kan dan het product zelf door de printer laten maken. Het bedrijf Defense Distributed in de VS heeft bestanden voor de onderdelen van een eenvoudig enkelschots pistool op internet gezet (men heeft dan alleen nog nodig de slagpin, van metaal, en een patroon), maar op bevel van de autoriteiten weer weggehaald.[3][4]

In 2014 lijkt de toepassing in een stroomversnelling te komen nu ook grote industriële bedrijven zoals Siemens AG de techniek zullen gaan integreren in hun productieproces.[5]

Er wordt door verschillende bedrijven en organisaties gewerkt aan 3D printers voor het printen van gebouwen. De ESA is van bezig met het ontwikkelen van een huisje op de maan. [6] De Nederlandse architect Janjaap Ruijssenaars is in samenwerking met een aantal Nederlandse bedrijven bezig met ontwikkelen van het 'Landscape House' met een oppervlakte van meer dan 1.100 m2.[7] Een 3D printer zou nu een huis kunnen printen in 20 uur.[8]

In combinatie met een speciale scanner wordt een 3D-printer ook gebruikt om een beeldje (ook in kleur) van een persoon te maken. Tussen het scannen en printen kan er daarbij nog met de hand op de computer een bewerking plaatsvinden.

Eigenschappen[bewerken]

Er zijn nu 3D-printers vanaf € 399,-, maar die hebben niet zo'n hoge resolutie en zijn niet al te snel: het maken van een schaakstuk duurt bijvoorbeeld nog zeker een uur.

Filamenten[bewerken]

Filamenten zijn de 'inkt' van een 3D-printer en zijn meestal gemaakt van thermoplastic. Binnen het filament thermoplastic zitten nog verschillende gradaties, maar de voornaamste zijn ABS en PLA. Dit zijn twee typen filament die veel op elkaar lijken maar ook een aantal kleine verschillen hebben. Zo wordt PLA meer gebruikt door de expert of door iemand die een nauwkeurige print wil hebben. ABS wordt daarentegen meer gebruikt door mensen die een hoge tijd/volume willen draaien.

Opensourceprinters[bewerken]

Tegenwoordig bestaan er al designs van hobbyisten van 3D-printers die veel goedkoper te produceren zijn. Een paar honderd euro als investering is genoeg. Bovendien gebruiken deze andere, goedkopere printmaterialen, met name plastic. Enkele van deze initiatieven heten de RepRap, Ultimaker en Cartesio. Ze worden onder andere gebruikt voor het printen van mechanische onderdelen en behuizingen voor hobbyprojecten. Intrigerend genoeg is een belangrijk deel van de onderdelen van de RepRap als ontwerp beschikbaar en te printen met een 3D-printer. Deze printer wordt dan ook ingezet om andere 3D-printers te kunnen maken.

Zie ook[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties