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) driedimensionale objecten kan produceren. Dit gebeurt door het object laag na laag op te bouwen. Het is een 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 was een uitbreiding van rapid prototyping, waarbij het er vooral om ging om snel 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 toonde aan dat 3D printen een massaproduct zou kunnen worden waarmee consumenten geld zouden kunnen besparen bij het kopen van kleine huishoudelijke producten.[2] In plaats van het kopen van een door spuitgieten gemaakt 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 ervan.

Hoe het werkt[bewerken]

Een veelgebruikte methode bij 3D-printen is het gebruikmaken van een fijn poeder (gips, plantaardige stoffen, bioplastic, polyurethaan, polyester, epoxy) 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 een model volledig met kleuren geprint wordt. 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 na laag wordt opgebouwd.

Een andere methode is het gebruikmaken van vloeistoffen, zoals fotopolymeer, door eenzelfde inkjet-typekop, waarbij men ook telkens laag na laag print. Vervolgens wordt er een uv-lamp aan de printkop geactiveerd, die iedere vloeistoflaag vast maakt. Deze methode is ook bekend onder de naam stereolithografie.

Een gelijksoortige printmethode gebruikt een speciale gel die bestraald wordt door een laser op de plekken die vast moeten zijn. Vervolgens wordt het niet-vaste deel van de gel weggewassen. Met 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 maken van het model handmatig 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 de bedoelde vorm nabootst.

Een nieuwere methode 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 hiermee worden geproduceerd dienen meestal als onderdeel voor een groter model.

Het maakt 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 gaat 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 bepaald door het aantal polygonen waaruit het model bestaat.

Gebruikstoepassingen[bewerken]

3D-printers worden vooral toegepast waar ontwerpers tijd willen besparen op het zelf maken van modellen. Hierbij behoren de medische wetenschap, architectuur, mode en design, maar ook de entertainmentindustrie zoals de game-industrie en filmindustrie horen tot de gebruikers. Ook kunstenaars gebruiken deze machine om hun creaties in een relatief korte tijd in een vaste vorm te krijgen.

Het aantal bedrijven dat zich specialiseert in het printen van 3D-modellen voor andere ondernemingen groeit.

In principe hoeft een consument met een eigen 3D-printer en de benodigde materialen voor een product dat hij wil hebben 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 (alleen de slagpin, van metaal, is nog nodig en een patroon), maar op bevel van de autoriteiten weer weggehaald.[3][4]

In 2014 kwam de toepassing van 3D-printers in een stroomversnelling toen ook grote industriële bedrijven zoals Siemens AG de techniek integreerden in hun productieproces.[5]

Er wordt door verschillende bedrijven en organisaties gewerkt aan 3D-printers voor het printen van gebouwen. De ESA is bezig met het ontwikkelen van een huisje op de maan. [6] De Nederlandse architect Janjaap Ruijssenaars ontwikkelt in samenwerking met een aantal Nederlandse bedrijven het 'Landscape House', met een oppervlakte van meer dan 1100 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 driehonderd euro, 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. Wel zijn er inmiddels 3D-printers op de markt die geen ingewikkelde software nodig hebben, maar gewoon met de hand bediend kunnen worden. Voor minder dan honderd euro kan middels een 3D-pen in de lucht getekend worden.

Filamenten[bewerken]

Filament is de 'inkt' van een 3D-printer en is meestal gemaakt van thermoplastic. De voornaamste plastics zijn PLA, ABS en PETG. PLA wordt meer gebruikt door de beginner of door iemand die een nauwkeurige print wil hebben. ABS wordt daarentegen meer gebruikt door mensen die een sterker object willen, maar tijdens het printen met ABS komt er een plasticlucht vrij en ABS heeft last van kromtrekken tijdens het printen (warping). PETG geeft geen plasticgeurtje tijdens het printen en is vrijwel even sterk als ABS en heeft door een lagere krimpfactor minder last van kromtrekken tijdens het printen. TPE is een filament gemaakt van een thermoplastisch elastomeer. Dit type filament blijft na het 3D-printen erg flexibel en is geschikt voor 3D-printtoepassingen waar een hogere flexibiliteit is vereist.

Filamenten zijn er in verschillende kleuren. Door het toevoegen van kleurstoffen tijdens het productieproces is elke gewenste kleur te maken. Er is ook een filament met een antibacteriële / antimicrobiële werking (Purement). Tijdens het productieproces van dit filament is er naast een kleurstof een antimicrobieel middel toegevoegd. Toepassingen van dit filament zijn bijvoorbeeld 3D-geprinte objecten die in aanraking komen met voedsel en 3D-geprinte objecten met een medische toepassing zoals een prothese.

Opensourceprinters[bewerken]

Tegenwoordig bestaan er al ontwerpen door hobbyisten van 3D-printers die voor een paar honderd euro te bouwen zijn. 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. Een belangrijk deel van de onderdelen van de RepRap zijn 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]