Wat? - Stem SiRe

Wat is een 3D printer?

Een 3D-printer is een apparaat dat op basis van digitale "bouwtekeningen" (3D-computermodel) driedimensionale objecten kan produceren. Dit gebeurt door het object laag na laag op te bouwen. Het is een tak van de rapid prototyping-industrie.
Met een 3D-printer is het mogelijk om vrijwel alles te kunnen maken. Het printen van objecten met een 3D-printer is een simpel proces. Het gekozen object wordt laag voor laag opgebouwd vanuit een 3D-model op een computer. Met deze nieuwe technologie worden objecten ‘vormvrij’ ontworpen. Dit betekent dat er geen materiaal wordt weggehaald, zoals bij traditionele methoden het geval is, maar het materiaal wordt laag voor laag toegevoegd.
Dit heeft een groot voordeel dat je heel weinig verlies van materiaal hebt. Het grote nadeel is dat je heel veel tijd nodig hebt om iets te maken.

Hoe werkt het?

Een 3D-printer werkt altijd volgens hetzelfde stappenplan. 

3D-model maken
Slicen
3D-printen
Genieten van je ontwerp :-)

We geven nu per stap wat extra uitleg.

3D-model maken

Vandaag zijn er een heleboel manieren om uw eigen 3D-modellen te ontwerpen. U kunt gratis gebruik maken van programma's zoals 3D-builder (Windows 10) SketchUp of Blender. Er zijn ook veel betaalde programma's om uit te kiezen (zoals Solid Edge, Rhino 3D, SolidWorks of Inventor) die worden gebruikt door ontwerpers en ingenieurs over de hele wereld. Wij gebruiken zekf Solid Edge. Dit is een professioneel tekenprogramma die gratis is voor studenten en leraren.
Als u geen tijd of de wens zelf dingen te ontwerpen, kunt u 3D-modellen te downloaden van websites zoals http://www.thingiverse.com/

 Slicen (snijden in lagen)

De meeste 3D-printers weet niet wat te doen met een 3D-bestand. Ze begrijpen alleen zogenoemde "G-code" commando's. Deze commando's vertellen de printer dingen als waar de printkop moet zijn, hoe heet de extruder moet zijn en hoe snel het filament moet worden geduwd doorheen de kop, ... .
Een slicing-programma (zoals FelixBuilder of CuraEngine) "vertaalt" een 3D-object-bestand naar G-code die de printer begrijpt.

Slicen kan je het best vergelijken met de broodsnijmachine bij de bakker. Het brood bij die in de rekken van de bakker liggen zijn et model. De bakker neemt je besteld brood en snijdt die met de machine in kleine gelijke schijven. Dit noemen we slicen. Als de bakker klaar is met slicen, dan neemt hij alle sneetjes samen en maakt er weer een brood van. Het enige verschil met 3D-printen is dat de sneetjes weer aan elkaar hangen, en onze printer er iets langer over doet.

De meeste Slicer-programma's accepteren enkel 3D-modellen in het STL bestandsformaat. Dit is een formaat waar men 3D-figuren maakt met duizenden kleine driehoeken. Hoe nauwkeuriger je tekent, hoe meer driehoeken je hebt. Een STL-file heeft het voordeel dat je heel nauwkeurig kan werken, en toch je bestanden relatief klein zijn. Het nadeel is dat alle "extra" informatie ontbreekt, waardoor andere software heel veel moeite heeft deze bestanden te importeren.

STL-files zijn nu het populairst, maar men verwacht toch dat er in de toekomst zal gekozen worden voor een andere systeem.

3D-printen

En dan start de printer met het maken van je model. Voor de meeste printers kan een klein object toch enkele uren werk zijn om te printen. Het is dus aan te raden om tijdens het printen iets anders te doen. Zorg wel dat je niet ver van de printer bent en regelmatig eens komt kijken. Wanneer het mis loopt, zal de printer dit niet weten en gewoon verder doen.
Of je kan ook als sommige andere mensen blijven kijken naar je stuk waarbij je geniet van het rustgevend geluid van de printer die zijn job doet.

Genieten van je ontwerp

Elke ontwerper en uitvinder doet alles met één doel... hun idee in hun hoofd zien werken in het echt. Jammer genoeg is de kans is wel klein dat een ontwerp in 1 keer lukt.

Soorten 3D-printers

Er bestaan heel wat soorten 3D-printers die telkens net iets anders werken. Hieronder krijg je een oplijsting van de meest gekende technieken.

1 Fused deposition modeling (FDM)

De meeste “thuis-printers” maken gebruik van deze techniek.
FDM is een techniek waarbij een verplaatsbare spuitmond een lange, dunne draad thermoplastisch materiaal op elkaar legt. Laagsgewijs ontstaat zo een driedimensionaal object. .
Basismateriaal voor deze vorm van printen bestaat uit rollen met draden kunststof, ook wel filament genoemd. De methode is populair door het gemak en de betaalbaarheid van de materialen.

(Tip: je kan de ondertiteling in het engels aanzetten en dan automatisch laten vertalen naar het nederlands)

2 Stereolithografie

Dit is één van de oudste methodes (1986), maar werd tot voor kort enkel gebruikt bij duurdere modellen. Gelukkig is deze technologie nu ook beschikbaar in desktopmodellen.

Een laserstraal verhardt laag voor laag de oppervlakte van een vloeibare kunststof (kunsthars). Waar de laserstraal de vloeistof raakt, treedt de verharding op. Wanneer een laag is afgewerkt, zakt het platform waar het object op staat een fractie van een millimeter dieper in het bassin. Het driedimensionale object wordt gevormd door de ultradunne laagjes bovenop elkaar te verharden.

3 Selective laser sintering (SLS)

SLS is een techniek waarbij laagsgewijs kunstsof objecten worden opgebouwd door het versmelten van een thermoplastisch (of metaal) poeder. Een laagje poeder wordt telkens op een ander laagje poeder gelegd. Na elke laag wordt de poeder door een laser plaatselijk gesmolten (gesinterd), waardoor het hard wordt en zich mengt met de andere lagen poeder. Dit wordt herhaald totdat een heel object in 3D is ontstaan.

Het grote voordeel hier is dat je heel at materialen kan printen: gips, plantaardige stoffen, bioplastic, metalen, polyurethaan, polyester, epoxy,...

(Tip: je kan de ondertiteling in het engels aanzetten en dan automatisch laten vertalen naar het Nederlands)

4 ColorJet Printing

Bij deze techniek wordt gebruik gemaakt van poedermateriaal, net als bij de SLS-techniek. De poederdeeltjes worden alleen niet aan elkaar versmolten door een laser, maar aan elkaar verlijmd met een bindmiddel. Het verschil is dat het toegepaste materiaal beduidend minder sterk is (het beste te vergelijken met gips), maar een voordeel is wel dat je in full color kunt printen.

5 Multi Jet Printing

MJP is een techniek waarbij laag voor laag minuscule druppeltjes vloeibaar polymeer materiaal op een platform wordt gespoten. Elke laag wordt door UV-licht uitgehard direct nadat het is neergelegd. Hierdoor hecht het aan andere lagen en wordt het meteen hard. Op plaatsen waar nodig wordt het product ondersteund door een kunststof support materiaal.

Met deze techniek kunnen ook zeer grote onderdelen met verschillende materiaaleigenschappen gecombineerd worden.

Beschikbare formaten

De maximale maat van een print verschilt per 3D-printer. Een voordelige printer kan maximaal 14 centimeter printen, duurdere modellen ongeveer 28 centimeter. Deze formaten gelden voor consumentenprinters, professionele 3D-printers.

In het jaar 2020 hebben ze in België de grootste 3D-printer in Europa gemaakt en er een huis mee geprint. Het huis is 3 keer sterker dan een huis gebouwd uit snelbouwstenen. Je kan meer uitleg vinden dit dit filmpje.

Gebruikerstoepassingen

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.

Daarnaast zijn er ook bedrijven die zich specialiseren in het printen van 3D-modellen voor andere ondernemingen.

Daarnaast speelt men ook met het idee op in plaats van onderdelen, om de bouwtekeningen te verkopen. Zo kan je het 'kapotte' onderdeel van je wasmachine gewoon vervangen door de bouwtekeningen uit te printen.

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). Dit stootte op veel verzet en de grote leveranciers van 3D-printers haalden de bestanden van hun websites. Ze probeerden die verhalen weg te duwen met verhalen waar 3D-printers helpen. Zo gaf de grootste producent van desktopmodellen 'Makerbot' een kind een werkende kunstmatige arm. Maar jammer genoeg werd het filmpje van het pistool veel meer bekeken dan het verhaal van de jongen zonder hand. De bestanden van het pistool werden op bevel van de autoriteiten weer weggehaald.

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.

Men is momenteel volop bezig om te kijken of we huizen kunnen printen. Die zouden heel snel en precies gebouwd worden en zouden tot 3 keer sterker zijn dan een huis die met de moderne technieken gebouwd wordt.
Men heeft ook 3D-scanners. Zo kan met een voorwerp (of persoon) in 3D scannen, eventueel bewerken en daarna opnieuw uitprinten.

Kortom de mogelijkheden van 3D-printen zijn enkel beperkt door de fantasie van de ontwerpers.

Duurt het lang om iets te printen?

De printtijd is afhankelijk van de instellingen in het Gcode bestand. Bij kleine objecten op gemiddelde printkwaliteit zoals een damschijf met een laagdikte van 200 micron, kan het printen tussen 10 en 20 minuten duren. Bij grotere objecten met diezelfde instellingen kan het enkele uren duren. Het printen van grotere objecten en met een kleine nozzle (spuitmond) op kleine laagdikte, bv 50 micron, kan een dag kosten.
Er zijn verschillende factoren die de printtijd bepalen, bv. de snelheid waarmee de printkop beweegt, de hoeveelheid infill (opvulling), benodigde supports en rafts (ondersteunende constructies en het "vlot" onder een object). Je besluit zelf wat voor jou de beste instellingen zijn voor je prototype of je hoog-gedetailleerde kunstwerk

Moet een printer veel kosten?

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.

Geschiedenis

In 1986 werd de methode van stereolithografie uitgevonden door Charles Hull. Later in 1989 begon de media te schrijven over zijn uitvinding. Maar er was zeker nog geen spraken van een grote evolutie.

In het jaar 2000 kwam hier verandering in door enkele projecten van het MIT rond het driedimensionale printproces. 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.

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. 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.