Een inleiding tot 3D-printen met plastic

Sinds Chuck Hull zijn eerste prototype meer dan 30 jaar geleden thuis printte, is plastic het materiaaltype dat het meest wordt geassocieerd met additieve fabricage. 3D-printen met kunststoffen zorgt voor snelle creatie van hoogwaardige prototypes, maar biedt met recente ontwikkelingen in printmaterialen en -technologie ook kansen voor het creëren van functionele onderdelen, geschikt voor massaproductie. In deze korte zelfstudie bekijken we enkele van de momenteel beschikbare opties voor het bedrukken met plastic, hun respectievelijke voor- en nadelen, en enkele van de belangrijkste dingen waarmee u rekening moet houden voordat u een materiaal voor uw project selecteert.

De evolutie van plastic materialen voor additive manufacturing

Het aantal beschikbare materialen voor additive manufacturing-projecten is in de loop der jaren aanzienlijk uitgebreid, waardoor een scala aan opties nu onder de paraplu van 'plastics' valt. Het is daarom belangrijk om uw opties voor elk project zorgvuldig te overwegen voordat u de beslissing neemt waarmee u gaat afdrukken. Uw opties omvatten:

• ABS (acrylonitril-butadieen-styreen). ABS wordt tegenwoordig gebruikt voor een breed scala aan functionele onderdelen, variërend van regenpijpen tot auto-onderdelen en zelfs LEGO-stenen! ABS is zeer veelzijdig, bijzonder sterk, duurzaam en geschikt voor nabewerkingstechnieken, zoals schuren of lijmen. Het materiaal is echter niet biologisch afbreekbaar en moet in een luchtdichte verpakking worden bewaard wanneer het niet wordt gebruikt, omdat het vocht kan opnemen en kan worden aangetast door langdurige blootstelling aan zonlicht. Ook kunnen de dampen die het produceert irriterend zijn, wat betekent dat ventilatie nodig is tijdens het printen (hoewel bepaalde printers filters hebben om dit te compenseren).
• PLA (polymelkzuur). PLA is een biologisch afbreekbaar materiaal gemaakt van hernieuwbare bronnen. Dit betekent dat het met name geschikt is voor het bedrukken van wegwerpartikelen of elk onderdeel wanneer omgevingsfactoren een ernstig probleem vormen. Het is zelfs gebruikt in medische toepassingen, om hechtingen en chirurgische onderdelen te maken die eenvoudigweg worden afgebroken tot onschadelijk melkzuur zodra de patiënt geneest. Het kan op dezelfde manier worden geschuurd en geverfd als ABS, hoewel het verlijmen iets moeilijker is en het minder goed bestand is tegen hitte. Het vereist ook een zorgvuldige opslag, zoals bij ABS, omdat de opname van vocht de afdrukresultaten kan beïnvloeden.
• PVA (polyvinylalcohol). Dit is een speciale in water oplosbare kunststof die vaak wordt gebruikt om tijdens het drukproces draagstructuren te maken voor onderdelen die later eenvoudig kunnen worden opgelost. Dit kan de nabewerkingsfase versnellen, maar is alleen haalbaar met printers met meerdere extruders. Het is ook vrij duur en vereist te allen tijde een luchtdichte opslag.
• PC (polycarbonaat). Dit is een zeer sterke, resistente thermoplast die vaak wordt gebruikt voor het maken van compact discs, kogelvrij glas en andere producten waarbij duurzaamheid een sleutelfactor is. Het heeft een hoge slagvastheid en een transparant uiterlijk dat voor veel gebruikers zeer aantrekkelijk is. Net als bij ABS vereist het echter ventilatie tijdens het afdrukken, omdat het veel fijne deeltjes produceert die de ogen van gebruikers kunnen irriteren en printerkoppen kunnen verstoppen als ze niet goed worden onderhouden. Het is ook vatbaarder voor kromtrekken dan andere materialen.
• HDPE (High-density polyethyleen). HDPE is een op aardolie gebaseerde thermoplast die vaak wordt gebruikt om recyclebare onderdelen te maken, zoals flessen. Het belangrijkste nadeel is dat het vrij moeilijk te hechten is aan andere materialen en best moeilijk kan zijn om mee te werken in vergelijking met andere opties. Het is echter een zeer aantrekkelijke optie voor bedrijven die op zoek zijn naar een duurzame, milieuvriendelijke manier van produceren.
• HIPS (high-impact polystyreen). Dit is een ander oplosbaar dragermateriaal, vergelijkbaar met PVA, hoewel het oplost in limoneen in plaats van in water, en bij het printen vergelijkbare materiaaleigenschappen heeft als ABS. Dit is een relatief nieuw materiaal dat zich nog steeds vestigt onder additieve productiebedrijven.
• PA (nylon). Nylon is een relatief recente toevoeging aan de familie van 3D-printmaterialen die ongelooflijke veelzijdigheid biedt als het gaat om afwerking en kleuropties. Het is ook een materiaal met weinig wrijving, wat het een zeer aantrekkelijke optie maakt voor het bedrukken van machineonderdelen, zoals tandwielen. Het is sterk, duurzaam en flexibel, maar houd er rekening mee dat het voor het afdrukken moet worden gedroogd en dat het vatbaar kan zijn voor kromtrekken als het te snel afkoelt. Bij het printen met nylon is de printtemperatuur doorgaans hoger dan bij andere materialen, dus zorg ervoor dat je printer dit aankan.
• PEEK (polyetheretherketon). Dit is een thermoplastisch polymeer dat veel wordt gebruikt in de medische wereld voor het maken van chirurgische implantaten, dankzij zijn chemisch inerte, biocompatibele en steriliseerbare aard. Er wordt ook onderzoek gedaan om de potentiële toepassingen in de auto-industrie te bepalen, dankzij de uitstekende hardheid en slijtvastheid. Ondanks zijn aanzienlijke veelzijdigheid kan PEEK echter een uitdaging zijn om te printen, dus een gespecialiseerde printer met een gesloten kamer en een warmtebed dat temperaturen tot 400°C kan bereiken, is vereist.
• TPE (ThermoPlastic Elastomeer). TPE is een veelzijdig, niet-giftig, rubberachtig materiaal dat veel wordt gebruikt voor het bedrukken van flexibele onderdelen (veren, telefoonhoesjes etc.). Het is echter niet geschikt voor gebruik in alle printers, omdat bekend is dat het filament verstoppingen veroorzaakt in bepaalde soorten extruders.
• TPU (ThermoPlastic Polyurethaan). TPU lijkt qua mechanische eigenschappen op TPE, maar is iets gemakkelijker te bedrukken, meer geschikt voor werkende onderdelen, dankzij de hogere weerstand tegen slijtage, oplosmiddelen, oliën en vetten. Het behoudt ook zijn elasticiteit bij koudere temperaturen.
• PMMA (polymethylmethacrylaat). PMMA, ook wel acrylplastic genoemd, is een hard, transparant plastic dat ideaal is voor kleinere prints met veel fijne details. Dit maakt het een uiterst aantrekkelijke keuze voor creatieve toepassingen, zoals miniaturen of sculpturen, of onderdelen die lichtverspreiding vereisen. Het is niet geschikt voor onderdelen die worden blootgesteld aan hitte of stress, en hoewel het niveau van haalbare details erg hoog is, zullen individuele lagen iets beter zichtbaar zijn dan bij andere materialen, dus dit moet in uw 3D-model worden meegenomen. Ook kan het printen met PMMA vereisen dat de spuitmond en het warmtebed op een printer met een gesloten kamer worden afgesteld om krimp tijdens het koelproces tot een minimum te beperken.

Onlangs is een aantal op plastic gebaseerde materialen geïntroduceerd die metalen elementen bevatten, waardoor objecten kunnen worden geprint met enkele van de kwaliteiten van metalen onderdelen zonder de extra complexiteit van 3D-printen met metaal.

De belangrijkste punten om te overwegen bij het kiezen van een plastic

1. Welke materiaaleigenschappen verlangt u van uw uiteindelijke geprinte onderdeel? Dit moet volledig duidelijk zijn voordat er een beslissing wordt genomen. Bedenk waarvoor het uiteindelijk zal worden gebruikt; is het bedoeld als een prototype of als een functioneel product dat intensief dagelijks gebruikt zal worden?
2. Controleer de filamentdiameter om er zeker van te zijn dat deze compatibel is met uw printers. Hoewel bepaalde printers meerdere diameters kunnen accepteren, is het toch de moeite waard om dit vooraf te controleren voordat u een aankoop doet.
3. Controleer de minimale/maximale wanddikte die kan worden geprint en zorg ervoor dat uw 3D-model hieraan voldoet.
4. Overweeg of er steunen of overhangen nodig zijn tijdens het printen en zorg ervoor dat hiermee rekening wordt gehouden in uw model om de stabiliteit te garanderen. Als uw printer dit toelaat, kunt u overwegen speciaal ondersteunend materiaal te gebruiken.
5. Zorg ervoor dat de juiste opslagmethoden worden gebruikt. Zoals je hierboven hebt gezien, vereisen veel van de veelgebruikte plastic 3D-printmaterialen speciale opslagmethoden om kwaliteitsresultaten te garanderen. Zorg ervoor dat u de meegeleverde instructies volgt wanneer u uw filamenten tussen projecten opslaat.
6. Zorg ervoor dat uw printer kan werken op de juiste extrusietemperatuur voor het gekozen materiaal en dat een geschikt verwarmingsbed wordt gebruikt. De verkeerde temperatuur leidt tot suboptimale resultaten.