Logosmall

Hoe werkt een 3D-printer?

Hoe werkt een 3D-printer?

Dankzij de opkomst van de 3D-printer is het ontwerpen en maken van bijzondere producten tegen een bescheiden prijs en met een lage milieubelasting gemakkelijker dan ooit? Maar hoe werkt een 3D-printer? En wat kun je er in de praktijk mee maken?

De gestage opkomst van de 3D-printer wordt door veel techvolgers wel gezien als de derde industriële revolutie. De technologie opent de deur na een heel scala aan nieuwe maakprocessen en maakt het mogelijk om producten die uit verschillende materialen en componenten bestaan laag voor laag uit één stuk te fabriceren. Naar verwachting zullen er over een paar jaar miljarden dollars omgaan in de 3D-printindustrie. Maar hoe werkt een 3D-printer precies? En wat kun je allemaal maken met zo’n apparaat?

Ontstaan van de 3D-printer

3D-printen is vooral gebaseerd op het principe van rapid prototyping, een verzamelnaam voor verschillende technieken die het mogelijk maken om aan de hand van virtuele computerinfo snel fysieke prototypen van een product te vervaardigen. De grondslagen voor het systeem werden gelegd in de jaren tachtig van de twintigste eeuw, vooral dankzij het werk van Chuck Hull (3D Systems Corporation) De eerste toepassingen gebruikten metaal en werden gevolgd door experimenten met andere materialen zoals keramiek en kunststoffen. Het overdragen van licenties aan commercieel opererende bedrijven en de snel groeiende markt voor hobbyisten, legden uiteindelijk de basis voor het ontstaan van 3D-printers voor thuisgebruik.

Het 3D-ontwerp

Elk driedimensionale printproces begint met een digitaal ontwerp. Het virtuele voorbeeld wordt gemaakt in een zogenaamd CAD (Computer Aided Design) met behulp van een 3D-modelleringsprogramma (als het gaat om een geheel nieuw object) of speciale scanner (bij het kopiëren van een reeds bestaand voorwerp). De ontwerpsoftware snijdt het te printen 3D-ontwerp feitelijk in talloze horizontale laagjes.

Als je het digitale bestand vervolgens omzet naar een printbaar formaat en uploadt naar de 3D-printer, wordt het uiteindelijke object laag voor laag vervaardigd. Veel IT-bedrijven, denk bijvoorbeeld aan Google en Microsoft, zijn recentelijk druk in de weer geweest met het produceren van hardware die het maken van 3D-scans mogelijk maakt. Waarschijnlijk zullen ook handzame apparaten, zoals de volgende generaties smartphones, in de nabije toekomst uitgerust zijn met 3D-scanners.

FDM: een populair 3D-printproces

Het maken van een 3D-print kan middels verschillende processen. De meest gebruikte methode (door 95 procent van de 3D-printers in huishoudens, garages en op kantoren) is Fused Deposition Modeling, een door de Amerikaan Scott Crump uitgevonden en in 1990 gecommercialiseerde technologie. Het idee achter FDM is vrij simpel: thermoplastic, maar eventueel ook ander materiaal zoals nylon, wordt ingebracht en vervolgens door een hotend in de printer omgesmolten. De gesmolten polymeren worden vervolgens op een supportlaag gespoten, waarop de 3D-printer vervolgens laag voor laag het uiteindelijke object vervaardigt uit het omgesmolten materiaal.

 

Stereolithografie

Bij stereolithografie spelen vloeistoffen een centrale rol in het printproces. Met behulp van fotopolymeer en een speciale intjet-printkop, wordt het te vervaardigen object laag voor laag geprint. Door vervolgens een uv-licht aan de printkop te activeren, wordt iedere vloeibare laag omgezet in een vaste. Wanneer een laag is afgewerkt, zakt het platform waar het object op staat een klein stukje dieper in het bassin.

Het driedimensionale object wordt uiteindelijk geconstrueerd door de ultradunne laagjes bovenop elkaar te verharden. Een min of meer gelijksoortige 3D-printmethode genaamd Polyjet maakt gebruik van een speciale gel. Het spul wordt beschoten door een laser op de plaatsen van het eindproduct die stevig moeten zijn. De vloeibare gel wordt uiteindelijk van de solide gel gespoeld. Deze methoden zijn nauwkeuriger dan FDM en ideaal voor het maken van zeer kleine of uiterst gedetailleerde objecten.

Andere printtechnieken

Een andere 3D-printtechniek is Selective Laser Sintering, waarbij laag voor laag van kunststof vervaardigde objecten worden opgebouwd door het versmelten van thermoplastisch poeder of metaalpoeder. Door laagjes poeder telkens op elkaar te leggen en elke laag met een laser te smelten (sinteren), wordt het spul uiteindelijk hard en kunnen de verschillende lagen zich vermengen.

Door dit proces continu te herhalen, ontstaat uiteindelijk een compleet driedimensionaal object. Zcorp-printers gaan uit van een gelijksoortige techniek, maar gebruiken lijm als bindmiddel. Het nadeel van die werkwijze is dat de objecten wat aan stevigheid inboeten, maar een groot voordeel van de Zcorp-technologie is de mogelijkheid om in full color te printen. Multi Jet Modeling is daarentegen een techniek waarbij druppeltjes gesmolten was op elkaar worden gespoten om complexe vormen tastbaar te maken.

Commerciële toepassingen 3D-printer

Door de groeiende toegankelijkheid (waar de eerste prototypes nog een fortuin kosten, zijn er nu ook al 3D-printers in een prijsrange van 400-1500 te koop) en de technische verbeteringen, worden 3D-printers steeds vaker en voor steeds meer verschillende doeleinden ingezet. Veel bedrijven zien de 3D-printer als een revolutionaire vorm van productontwikkeling, wat ertoe heeft geleid dat het apparaat bijvoorbeeld in de mode-industrie wordt ingezet voor het maken van sieraden en gepersonaliseerde kleding. In de architectuur is 3D-printing weer een ideale, kosten- en tijdsbesparende manier om maquettes te maken.

De 3D-printer thuis gebruiken

Omdat er nog volop geëxperimenteerd wordt met 3D-printers en er constant nieuwe technieken worden ontwikkeld, zijn de mogelijkheden schier eindeloos en wordt het ook voor creatieve consumenten steeds gemakkelijker om hun droomobjecten tastbaar te maken.

Met behulp van software zoals Blender kun je thuis een eigen ontwerp maken, terwijl sites als www.freedomsofcreation.com vol staan met creaties van andere gebruikers. 3D-printers zijn bijvoorbeeld bij uitstek geschikt voor het fabriceren van woonaccessoires die nét iets origineler zijn dan de alomtegenwoordige massaproducten die je in de winkelschappen aantreft.

 

3D-printers en de wetenschap

Ook in de (medische) wetenschap hebben 3D-printers inmiddels hun plekje veroverd. De technologie is bijvoorbeeld al ingezet bij het vervaardigen van (gebits)prothesen, hulpstukken, kunstmatige ledematen, braces en zelfs stukjes levend weefsel. Een interessant voorbeeld dat in 2015 het wereldnieuws haalde, was de vervaardiging van een driedimensionaal geprinte kunstsnavel voor een mishandelde toekan.

De vogel miste een groot deel van zijn eigenlijke snavel, maar kon dankzij de veelzijdigheid van de 3D-printer toch worden geholpen. Conventionele protheses vereisen vaak het op maat schaven van plastic, een methode die veel afval met zich meebrengt en dus ook behoorlijk milieubelastend is. Een 3D-printer schept daarentegen een passend model, waardoor medische hulpmiddelen goedkoper en tegelijkertijd toegankelijker worden voor de patiënt.

Reacties

Laat een reactie achter
* Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd.
* Verplichte velden
Door het gebruiken van onze website, ga je akkoord met het gebruik van cookies om onze website te verbeteren. Dit bericht verbergen Meer over cookies »