De complete gids voor 3D-printen

3D-printen is een digitale prototyping- en productietechnologie die plastic of metalen onderdelen laag voor laag fabriceert. Het is ook bekend als additieve fabricage omdat materiaal geleidelijk wordt toegevoegd om het onderdeel te bouwen, in tegenstelling tot subtractieve productieprocessen - zoals CNC-bewerking, lasersnijden, plasmasnijden, waterstraal, stempelen enz. - waarbij materiaal wordt verwijderd om een ​​grondstof te vormen .

Hoewel 3D-printen in de jaren tachtig werd uitgevonden, heeft het in de 21e eeuw een enorme groei doorgemaakt, waarbij 3D-printen met plastic een belangrijke prototypingmethode is geworden en hoogwaardige metaaladditieve productie nu gebruikelijk is in industrieën zoals de ruimtevaart en de geneeskunde.

Verschillende soorten 3D-printers werken op verschillende manieren, hoewel ze doorgaans bepaalde fundamentele kenmerken delen. Alle 3D-printers worden aangestuurd door computerinstructies (in de vorm van G-code) en werken door grondstof te draaien - b.v. metaalpoeder, vloeibare hars of thermoplastisch filament — in een nieuwe vorm, laag voor laag, totdat een compleet 3D-object is gebouwd.

Hoewel additieve fabricage van productiekwaliteit groeit, worden 3D-printers nog steeds voornamelijk gebruikt als hulpmiddel voor prototyping. Dit komt omdat ze zeer lage opstartkosten hebben, geen gereedschap nodig hebben en erg snel zijn in het afdrukken van eenmalige items.

Deze gids behandelt de basisprincipes van 3D-printen, inclusief de belangrijkste 3D-printtechnologieën en -materialen, de voordelen van 3D-printen ten opzichte van vergelijkbare processen en algemene toepassingen van 3D-printen.

3D-printtechnologieën

FDM

Fused Deposition Modeling (FDM), ook wel bekend als fused filament fabricage (FFF), is een 3D-printtechnologie die thermoplastisch filament print door het tot gesmolten toestand te verhitten en het vervolgens door een mondstuk op een bewegende printkop te extruderen.

FDM werkt door een gestage stroom thermoplastisch materiaal te extruderen uit een printkop die langs twee assen beweegt (volgens computerinstructies); het geëxtrudeerde materiaal vormt een 2D-vorm op het printbed, koelt af en stolt uiteindelijk. De printkop wordt vervolgens stapsgewijs omhoog gebracht om naar de volgende 2D-laag te gaan, die bovenop de eerste wordt afgedrukt, en dit proces herhaalt zich totdat de volledige 3D-vorm is afgedrukt.

Vanwege het scala aan materialen, betaalbaarheid en bruikbaarheid in niet-industriële omgevingen, is FDM de dominante 3D-printtechnologie voor consumenten en wordt het ook veel gebruikt in professionele omgevingen als een prototyping-tool.

Toonaangevende fabrikanten van FDM 3D-printers zijn Stratasys, Ultimaker, MakerBot, FlashForge, Zortrax en LulzBot.

SLA

Stereolithografie (SLA) is een vorm van fotopolymerisatie in een vat waarbij een laserstraal wordt gebruikt om 3D-vormen te maken in een vat met lichtgevoelige vloeibare hars.

Het SLA-proces werkt door een zeer gerichte laserstraal in een nauwkeurig patroon in het harsvat te verplaatsen. Omdat de hars lichtgevoelig is, kan de laserstraal de hars uitharden en stollen, maar alleen in de exacte gebieden waarop deze is gericht. Hierdoor kan de SLA 3D-printer een solide 2D-vorm vormen in de vloeibare hars voordat het bouwplatform stapsgewijs wordt verplaatst om naar de volgende laag te gaan. (Een verwante fotopolymerisatietechnologie, digitale lichtverwerking (DLP), gebruikt een projector in plaats van een laserstraal.)

SLA is een nauwkeurig 3D-printproces dat brosse plastic onderdelen met een glad oppervlak produceert. Het wordt gebruikt voor prototyping en op gebieden zoals tandheelkunde en sieradenproductie.

Toonaangevende SLA 3D-printerfabrikanten zijn onder meer Formlabs, Creality, XYZprinting en DWS Systems.

SLS

Selective laser sintering (SLS) is een 3D-printtechnologie die een laserstraal gebruikt om deeltjes poedermateriaal, meestal nylon of polyamide, te sinteren.

Tijdens het SLS-proces wordt het printbed bedekt met een dun laagje poeder. Een computergestuurde laser tekent vervolgens een 2D-vorm in het poeder, versmelt deeltjes en creëert een vaste vorm. Zodra een 2D-laag voltooid is, beweegt het printbed stapsgewijs om het printen van opeenvolgende lagen mogelijk te maken. Omdat het bedrukte onderdeel altijd wordt omgeven door ongesinterd poeder, zijn er geen ondersteunende structuren nodig (een soort bedrukte steiger die wordt gebruikt in technologieën zoals FDM om een ​​onderdeel bij elkaar te houden).

SLS wordt gebruikt bij zowel prototyping als productie in kleine hoeveelheden. Voordelen zijn onder meer geometrische vrijheid en de mogelijkheid om meerdere dicht opeengepakte onderdelen in één printopdracht te printen.

Fabrikanten van SLS 3D-printers zijn onder meer EOS, 3D Systems en Prodways (industrieel), evenals Sinterit, Sintratec en Formlabs (desktop).

Multi Jet Fusion

Multi Jet Fusion (MJF), ontwikkeld door printgigant HP, is een ander 3D-printproces met poederbedfusie voor het maken van polymeeronderdelen.

Het is vergelijkbaar met SLS, maar in plaats van een laser te gebruiken om poederdeeltjes te sinteren, zet het een speciale inkt op het poeder af die helpt bij het absorberen van infrarood licht; infrarood licht wordt vervolgens op het poeder gericht, waardoor deeltjes samensmelten.

MJF kan worden beschouwd als een combinatie van SLS en binder jetting - een proces dat doorgaans wordt gebruikt om metalen onderdelen te maken.

Materiaalspuiten

Niet te verwarren met binder jetting, material jetting is een aparte familie van 3D-printprocessen waarbij inkjetprintkoppen materiaal laag voor laag afzetten.

Het materiaalstraalproces werkt door een fotoreactief materiaal selectief op het printbed te spuiten en het vervolgens uit te harden met UV-licht - een beetje zoals SLA, maar zonder het vat met vloeistof. Het proces herhaalt zich, laag voor laag, totdat het onderdeel compleet is. Sommige printers gebruiken continue jetting, terwijl andere gebruik maken van drop-on-demand.

Material jetting 3D-printers printen doorgaans met vloeibare thermohardende fotopolymeren, en deze kunnen verschillende materiaaleigenschappen vertonen.

Toonaangevende fabrikanten van 3D-printers voor materiaalstralen zijn onder meer 3D Systems, Stratasys (PolyJet) en Xjet.

SLM

Selectief lasersmelten (SLM) is een additief productieproces voor metalen en een van de belangrijkste vormen van 3D-printen voor de productie van onderdelen voor eindgebruik.

SLM, een vorm van poederbedfusie, lijkt op SLS omdat het een laser gebruikt die op een bed van metaalpoeder wordt gericht. Deeltjes kunnen echter volledig worden gesmolten in plaats van alleen gesinterd, en het proces wordt gebruikt om verschillende metaalpoeders te verwerken in plaats van nylon en polyamide. Een ander verschil is dat SLM typisch een afgesloten drukkamer vereist die inert gas bevat. Verbeteringen in SLM-technologie hebben het tot een echt alternatief voor machinale bewerking en gieten gemaakt.

SLM heeft een verscheidenheid aan toepassingen, van rapid metal prototyping tot de productie van lucht- en ruimtevaartcomponenten voor eindgebruik en titanium medische implantaten.

Toonaangevende fabrikanten van SLM 3D-printers zijn SLM Solutions en Renishaw.

DMLS

Direct metal laser sintering (DMLS) is een andere vorm van additieve fabricage van poederbedfusie voor metalen onderdelen.

DMLS lijkt op SLS omdat het een laser gebruikt om deeltjes te sinteren; het wordt echter gebruikt voor metalen in plaats van nylons. DMLS lijkt ook in veel opzichten op SLM, maar de laser smelt het ruwe niet volledig zoals SLM dat doet. Als zodanig is DMLS doorgaans beperkt tot metaallegeringen.

DMLS 3D-printen wordt gedomineerd door EOS, dat het proces (en de naam DMLS) in de jaren negentig heeft ontwikkeld.

Binderspuiten

Binder jetting is een uniek 3D-printproces waarbij een bindmiddel wordt gebruikt om onderdelen te maken van metaal, zand of keramische poeders.

Het binder jetting-proces werkt door het printbed met poeder te coaten en vervolgens selectief het poeder te besproeien met een bindmiddel (een soort lijm) om een ​​2D-vorm te maken. Het lijmachtige bindmiddel bindt deeltjes van het poeder aan elkaar in plaats van ze bijvoorbeeld aan elkaar te sinteren. Het bouwplatform beweegt dan zodat de printer de volgende laag kan binden, enzovoort.

Onderdelen van de binderstraal moeten na het printen meestal met warmte worden behandeld of geïnfiltreerd (met een ander materiaal) om het bindmiddelmateriaal te verwijderen en het onderdeel te versterken.

Toonaangevende 3D-printerbedrijven voor binderjetting zijn onder meer 3D Systems, ExOne, Desktop Metal, Markforged en HP.

3D-printmaterialen

Thermoplastische filamenten (FDM)

De overgrote meerderheid van de materialen die worden gebruikt bij FDM 3D-printen zijn thermoplastische filamenten die verkrijgbaar zijn in spoelen van verschillende grootte. Thermoplasten smelten bij verhitting en stollen weer bij afkoeling zonder hun chemische samenstelling te veranderen; dit maakt ze perfect voor extrusie-type 3D-printen.

Een algemeen FDM thermoplastisch filament voor alle doeleinden is polymelkzuur (PLA), dat een laag smeltpunt heeft en milieuvriendelijk is. Acrylonitrilbutadieenstyreen (ABS), dat een hoger smeltpunt heeft maar gemakkelijker extrudeert, is een andere populaire keuze. Andere veelgebruikte FDM 3D-printmaterialen zijn PETG en pc.

Hoewel de meeste bedrukbare thermoplasten stijf zijn, zijn er enkele flexibele FDM-filamenten zoals TPE en TPU die geschikt zijn voor rubberachtige onderdelen.

Samengestelde filamenten (FDM)

Veel FDM 3D-printers zijn in staat thermoplasten te printen die zijn versterkt met additieven zoals glas of koolstofvezel. Deze materialen kunnen veel sterker zijn dan gewone thermoplasten (hoewel, aangezien de stukjes glas of gehakte vezels willekeurig zijn georiënteerd, de materialen doorgaans zwakker zijn dan bedrukte continue vezels, waarvoor speciale en dure printtechnologie nodig is).

Vloeibare harsen (SLA, DLP)

Materialen voor fotopolymerisatie in het vat 3D-printprocessen zoals SLA en DLP komen in de vorm van vloeibare lichtgevoelige harsen die monomeren, oligomeren en foto-initiatoren bevatten. Deze harsen worden uitgehard door een lichtbron om solide geprinte onderdelen te maken.

Er bestaan ​​verschillende harsen om aan verschillende behoeften te voldoen - sommige zijn bijvoorbeeld volledig transparant, terwijl sommige een hogere slagvastheid bieden - maar ze hebben geen universele namen zoals thermoplasten. In plaats daarvan produceren verschillende producenten van harsen voor 3D-printen verschillende harsmengsels die vaak eenvoudige labels hebben zoals 'standaardhars' of 'heldere hars'.

Nylon/polyamide poeders (SLS)

Het meest gebruikte SLS 3D-printmateriaal is nylon, een technisch thermoplast dat sterke, stijve en duurzame 3D-geprinte onderdelen produceert.

SLS 3D-printers sinteren nylon in poedervorm en er zijn een paar verschillende soorten nylonpoeder (en andere poeders) die kunnen worden afgedrukt. Nylon 12 is een goed universeel materiaal voor onderdelen en prototyping, terwijl Nylon 11 bijzonder sterk en kneedbaar is. Met aluminium gevuld nylon en TPU zijn andere SLS-poederopties.

Metaalpoeders (SLM, DMLS)

Additieve productieprocessen voor metaal, zoals SLM, zijn compatibel met metaalpoeders die kunnen worden gesmolten door de laserstraal van de printer. Deze poeders worden vaak gemaakt door gasverneveling, waardoor bolvormige deeltjes ontstaan ​​die gemakkelijk stromen.

Een grote verscheidenheid aan metalen is beschikbaar als 3D-printpoeder voor SLM en andere poederbedfusieprocessen. Deze omvatten titaniumlegeringen met hoge sterkte en hoge temperaturen; aluminium legeringen; roestvrij staal; kobalt-chroom legeringen; en nikkellegeringen.

3D-printsoftware

3D-printers zijn digitale machines en daarom speelt software een belangrijke rol in het 3D-printproces. Hoewel er enige overlap is tussen de soorten 3D-printsoftware (sommige softwaresuites bevatten veel verschillende tools), zijn er vier hoofdcategorieën:3D-modellering, STL-reparatie, slicing en printbeheer.

3D-modelleringssoftware

Computer-aided design (CAD)-software, ook wel 3D-modelleringssoftware genoemd, wordt gebruikt om 3D-modellen op een computerscherm te ontwerpen die uiteindelijk kunnen worden omgezet in fysieke 3D-geprinte objecten.

Met dit soort software kunt u 3D-vormen visueel modelleren, door parameters te selecteren of door code te schrijven. Mogelijke functies zijn onder meer automatische modelleringstools, CAM-integratie en simulatietools.

Enkele veelgebruikte 3D-printsoftware voor 3D-modellering zijn TinkerCAD en Fusion 360 (beide van Autodesk), SolidWorks van Dassault Systèmes, Rhino en Blender.

STL-reparatiesoftware

STL-reparatie- of mesh-reparatiesoftware - soms verpakt met CAD- of slicingsoftware - is ontworpen om 3D-afdrukbare bestanden te analyseren en te repareren om soepel printen te vergemakkelijken.

Populaire zelfstandige STL-reparatiepakketten zijn onder andere Magics van Materialize en Netfabb/Meshmixer van Autodesk, terwijl de eerder genoemde Fusion 360 en Blender worden geleverd met STL-reparatietools.

Snijsoftware

3D-modelleringssoftware maakt mesh-bestanden die informatie over een 3D-model bevatten, maar een 3D-printer kan deze bestanden niet berekenen. Dit is waar 3D-printer-slicing-software van pas komt.

Slicing-software snijdt een 3D-gaas in afzonderlijke lagen die achtereenvolgens in 3D kunnen worden afgedrukt, en exporteert de gegevens over deze lagen als G-code, die een 3D-printer kan lezen en uitvoeren.

Slic3r, Cura en Repetier zijn allemaal veelgebruikte softwaretoepassingen voor het snijden van 3D-printen.

Afdrukbeheersoftware

Sommige gebruikers van 3D-printers, vooral degenen die meerdere printers tegelijk gebruiken, hebben mogelijk 3D-afdrukbeheersoftware nodig om afdruktaken te beheren, de prestaties en status van de machine te overzien en de materiaalvoorraden te bewaken.

Printbeheertools omvatten gebruiksvriendelijke webgebaseerde tools zoals OctoPrint, tot professionele Additive Manufacturing Execution Systems (MES) zoals Materialize Streamics en Oqton FactoryOS.

Voordelen van 3D-printen

Er zijn tal van voordelen aan het gebruik van 3D-printen ten opzichte van alternatieve processen zoals CNC-bewerking en spuitgieten. Deze omvatten:

Snelheid: Vooral voor rapid prototyping van eenmalige onderdelen is 3D-printen een van de snelste fabricagemethoden. Digitale bestanden kunnen met minimale voorbereiding naar een 3D-printer worden gestuurd. Dit kan bedrijven een concurrentievoordeel geven en de R&D-cycli en time-to-market verkorten.

Kosten: Omdat er geen kostbaar gereedschap nodig is, is 3D-printen erg goedkoop voor het vervaardigen van eenmalige onderdelen of kleine oplagen. Er is ook minimale materiaalverspilling, omdat het proces additief is en niet subtractief.

Geometrische vrijheid: 3D-printen is onderhevig aan minder ontwerpbeperkingen dan processen zoals spuitgieten, waardoor complexe patronen en zelfs complexe interne secties mogelijk zijn. Dit geldt met name voor poederbedprocessen zoals SLS, omdat het poeder de geprinte structuur van alle kanten ondersteunt.

Consistentie: Hoewel 3D-printen vaak wordt gebruikt voor eenmalige onderdelen en prototypes, produceert het in feite zeer consistente duplicaten, aangezien de kwaliteit van het onderdeel niet afhankelijk is van factoren zoals de levensduur van de mal of slijtage van het gereedschap.

Beperkingen van 3D-printen zijn onder meer traagheid in grote volumes, beperkte sterkte van het onderdeel in vergelijking met subtractieve en vormprocessen, materiaalkosten (FDM-filament is bijvoorbeeld duurder dan equivalente volumes spuitgietpellets), beperkt materiaalbereik en beperkte opties voor kleuring.

3D-printtoepassingen

3D-printen heeft toepassingen in een groot aantal industrieën, zowel voor snelle prototyping als voor productie in kleine oplagen.

Snel prototypen

In alle sectoren is een belangrijke toepassing van 3D-printen de snelle prototyping van nieuwe onderdelen tijdens R&D. Geen enkele andere technologie is zo goed uitgerust voor de onmiddellijke fabricage van plastic of metalen onderdelen, zelfs in niet-fabrieksomgevingen.

3D-printers kunnen door bedrijven intern worden gebruikt, terwijl sommige bedrijven de voorkeur geven aan het bestellen van 3D-geprinte prototypen via servicebureaus.

Geneeskunde

3D-printen kan worden gebruikt om medische componenten te fabriceren, zoals patiëntspecifieke titanium implantaten en chirurgische geleiders (SLM), 3D-geprinte protheses (SLS, FDM) en zelfs 3D biogeprint menselijk weefsel. Componenten voor medische apparatuur en machines — röntgenapparaten, MRI-apparatuur, enz. — kunnen ook in 3D worden geprint.

Technologieën zoals SLA en SLS worden ook veel gebruikt in de tandheelkundige industrie voor modellen, protheses en restauraties.

Lucht- en ruimtevaart

De lucht- en ruimtevaartindustrie is een grote toepasser van 3D-printtechnologie, omdat het mogelijk is om zeer lichtgewicht onderdelen te maken met een uitstekende sterkte-gewichtsverhouding. Voorbeelden van onderdelen zijn eenvoudige componenten zoals cabinewanden (SLS), helemaal tot baanbrekende motorcomponenten (SLM), zoals een 3D-geprinte brandstofspuittip die is ontwikkeld en vervaardigd door GE.

Automobiel

Automobielbedrijven gebruiken regelmatig 3D-printers om eenmalige reserveonderdelen en reparaties te fabriceren, evenals snelle prototypes. Veelgebruikte 3D-geprinte auto-onderdelen zijn beugels, dashboardcomponenten en antennecomponenten (FDM).

Extremere voorbeelden zijn auto's met grote metalen 3D-geprinte structurele componenten, zoals vroege modellen van auto-startup Divergent.

Sieraden en kunst

3D-printtechnologieën zoals SLA worden veel gebruikt (als een indirect fabricageproces) bij de productie en reparatie van sieraden, terwijl vrijwel alle soorten 3D-printers kunnen worden gebruikt om kunstwerken en sculpturen te maken.

Bouw

Vooruitgang in additieve fabricage van productiekwaliteit heeft het toepassingsgebied in de bouw en architectuur uitgebreid. Beton 3D-printen, dat een beetje werkt als FDM maar met extruders met zeer brede mondstukken, speelt een rol in deze industrie, maar meer algemene 3D-printtechnologieën zoals SLM kunnen worden gebruikt om items zoals brugconstructies te maken.

3D-afdrukbestandsindelingen

3D-geprinte onderdelen kunnen worden ontworpen met behulp van standaard CAD-software, maar 3D-printers kunnen alleen specifieke bestandsindelingen lezen. Er zijn vier machinaal leesbare bestandsindelingen voor 3D-afdrukken.

STL: STL, verreweg het meest voorkomende bestandsformaat voor 3D-printers, bevat informatie over onderdeelgeometrie in de vorm van mozaïekvormige driehoeken. Het bevat geen informatie zoals kleur, materiaal of textuur. De bestandsgrootte staat in verhouding tot de details, wat een probleem kan zijn.

OBJ: Het OBJ-bestandsformaat, dat minder alomtegenwoordig is dan STL, codeert voor 3D-modelgeometrie en kan naast vlakvullingen ook vrije-vormkrommen en vrije-vormoppervlakken bevatten. Het kan ook informatie bevatten over kleur, materiaal en textuur, waardoor het bruikbaar is voor full-color processen.

3MF: 3MF is uitgevonden door Microsoft en is een op XML gebaseerd formaat met kleine bestandsgroottes en een goed niveau van foutpreventie. Het is nog niet algemeen toegepast, maar het wordt ondersteund door bedrijven als Stratasys, 3D Systems, Siemens, HP en GE.

AMF: AMF, een opvolger van het STL-formaat, is veel slanker en maakt de mozaïekpatroon van zowel gebogen driehoeken als platte driehoeken mogelijk - waardoor het veel gemakkelijker wordt om gedetailleerde onderdelen in een reeks vormen te coderen. De goedkeuring van het formaat is traag verlopen sinds de introductie ervan.

Instellingen en specificaties voor 3D-afdrukken

Bij 3D-printen wordt gebruik gemaakt van processpecifieke terminologie die voor nieuwkomers verwarrend kan zijn. Deze termen verwijzen naar printerinstellingen en/of specificaties die van invloed kunnen zijn op het resultaat van 3D-geprinte onderdelen.

Invulling

Bij het maken van 3D-geprinte onderdelen moet u mogelijk een opvulpercentage opgeven, dat verwijst naar de interne dichtheid van het onderdeel. Een laag opvulpercentage resulteert in een grotendeels hol deel met het absolute minimum aan materiaal dat de vorm bij elkaar houdt; een hoge vulling resulteert in een sterk, dicht, zwaarder onderdeel.

Laaghoogte

Laaghoogte, ook wel Z-asresolutie genoemd, is de afstand tussen de ene 2D-laag van een onderdeel en de volgende. Een kleinere laaghoogte betekent een fijnere resolutie (en een hoger mogelijk detailniveau) langs de Z-as, d.w.z. van boven naar beneden. Een kleine laaghoogte is een indicatie van een printer van hoge kwaliteit, maar gebruikers kunnen grotere laaghoogten specificeren voor sneller en voordeliger printen.

Afdruksnelheid

De printsnelheid van een printer, gemeten in millimeters per seconde, geeft de snelheid aan waarmee de machine de grondstof kan verwerken. Net als de laaghoogte kan deze waarde een indicatie zijn van de maximale snelheid van een printer of een door de gebruiker bepaalde waarde:lagere afdruksnelheden produceren doorgaans nauwkeurigere afdrukken.

Afdruktemperatuur

Van toepassing op processen zoals FDM, verwijst de printtemperatuur meestal naar de temperatuur van de hotend, het deel van de printkop dat het thermoplastische filament verwarmt. Sommige FDM-printers hebben ook een verwarmd printbed, waarvan de temperatuur door de fabrikant wordt gespecificeerd. In beide gevallen is de temperatuur meestal door de gebruiker te regelen.

Oplossing

Bij 3D-printen verwijst resolutie bijna altijd naar de kleinst mogelijke beweging langs de X- en Y-as (breedte en diepte), hetzij door een laserstraal (SLA, SLM, enz.) Of door een printkop (FDM). Deze waarde is moeilijker te meten dan de laaghoogte en niet altijd evenredig ermee.

Schelpen

Net als wanddikte bij spuitgieten, verwijzen schalen (of schaaldikte) naar de dikte van een buitenmuur van een 3D-geprint onderdeel. Bij 3D-printen moeten gebruikers doorgaans een aantal schalen selecteren:één schaal =buitenmuren de dikte van het mondstuk van de 3D-printer; 2 schelpen =twee keer zo dik, enz.

3D-printen in kleur

Aangezien 3D-printen vooral wordt gebruikt als prototyping-tool, volstaan ​​eenkleurige prints voor de meeste toepassingen. Er zijn echter een paar opties voor 3D-printen in kleur, waaronder hoogwaardige materiaalstraalprinters, multi-extruder FDM-printers en nabewerkingsopties.

Jetting-technologieën

Grote 3D-printbedrijven zoals Stratasys, 3D Systems en Mimaki hebben material jetting en binder jetting 3D-printers ontwikkeld die 3D-modellen in full colour kunnen printen, net als 2D-inkjetprinters. Deze machines zijn echter duur en de onderdelen hebben niet altijd uitstekende mechanische eigenschappen.

Multi-extrusie

Verschillende FDM 3D-printers worden geleverd met dubbele (of meer) printkoppen, waardoor twee spoelen filament - in verschillende kleuren of zelfs verschillende materialen - tegelijkertijd op dezelfde printtaak kunnen worden afgedrukt. Dit is eenvoudig en betaalbaar, maar meestal beperkt tot twee kleuren.

Filament wisselen

Het is mogelijk om multicolor prints te maken met een single-extruder FDM 3D-printer. Dit houdt in dat de print op bepaalde punten wordt onderbroken en de filamentspoel wordt vervangen door een filament van een andere kleur. Dit is een erg langzame methode voor het aanbrengen van kleuren en biedt geen erg nauwkeurige controle over waar elke kleur naartoe gaat.

Kleur toevoegen na het afdrukken

Veel 3D-geprinte onderdelen kunnen na het printen worden geverfd, getint of geverfd. Hoewel dit een extra stap aan het proces toevoegt, biedt het vaak de beste balans tussen kwaliteit en kosteneffectiviteit.

Nabewerking van 3D-geprinte onderdelen

Veel 3D-geprinte onderdelen vereisen op zijn minst enige nabewerking nadat ze van het printbed komen. Dit kunnen essentiële processen zijn zoals het verwijderen van ondersteuning of optionele cosmetische processen zoals schilderen. Sommige processen zijn van toepassing op alle of de meeste 3D-printtechnologieën, terwijl andere technologiespecifiek zijn.

Ondersteuning verwijderen

3D-printtechnologieën zoals FDM en SLA vereisen het printen van ondersteunende structuren (verticale stutten tussen het printbed en het onderdeel zelf), zodat het geprinte object niet instort tijdens de fabricage.

Deze steunen moeten worden verwijderd wanneer het onderdeel klaar is. Sommige printers, zoals dual-extrusion FDM-machines, kunnen de ondersteuningsstructuren afdrukken in een oplosbaar materiaal, waardoor de ondersteuningen gemakkelijk kunnen worden losgekoppeld van het eigenlijke onderdeel met behulp van vloeibare chemicaliën. Niet-oplosbare dragers moeten handmatig van het onderdeel worden afgesneden, waardoor er een markering achterblijft die mogelijk moet worden geschuurd.

Wassen en poeder verwijderen

Sommige 3D-printtechnologieën (bijv. SLA) laten een plakkerig residu achter op onderdelen, terwijl andere (SLM, SLS) sporen van poeder kunnen achterlaten. In deze gevallen moeten onderdelen worden gewassen - handmatig of met een speciale machine - of ontpoederd met perslucht.

Warmtebehandeling

Veel belangrijke 3D-printtechnologieën printen onderdelen in materialen die bij het verlaten van het printbed nog niet in hun definitieve chemische staat zijn. Dit worden soms "groene" delen genoemd.

Veel 3D-geprinte metalen onderdelen hebben na het printen een warmtebehandeling nodig om de laagfusie te vergroten en verontreinigingen te verwijderen. En binder jetting 3D-printers produceren bijvoorbeeld onderdelen die na het printen moeten worden ontbonden en gesinterd om het polymeerbindmiddel uit de metalen onderdelen te verwijderen.

Sommige met hars 3D-geprinte onderdelen moeten na het afdrukken worden uitgehard om hun hardheid te vergroten en bruikbaar te maken.

Oppervlakteafwerking

3D-geprinte onderdelen kunnen worden onderworpen aan een groot aantal oppervlakteafwerkingstechnieken, van textuurprocedures zoals schuren en gladmaken tot visuele procedures zoals schilderen en kleuren. Sommige technologieën, zoals FDM, kunnen een vrij ruw oppervlak produceren dat moet worden geschuurd, terwijl andere, zoals SLA, een veel gladder oppervlak produceren. Bekijk onze volledige lijst met oppervlakteafwerkingsdiensten voor meer informatie.

3D-printen combineren met andere technologieën

3D-printen hoeft niet als een op zichzelf staand proces te worden gebruikt. In plaats van het te zien als een concurrent van CNC-bewerking en spuitgieten, kan het juist een aanvulling zijn op deze andere productieprocessen. Voorbeelden van combinaties zijn:

3D-printen van het hoofdgedeelte van een onderdeel, vervolgens CNC-frezen van fijne functies tot nauwere toleranties

3D-printen van een masterpatroon voor investeringsgieten of vacuümgieten

3D-printen van een component en er vervolgens een structuur overheen spuitgieten met insert molding

Er bestaan ​​hybride productiesystemen die 3D-printen combineren met andere technologieën. De INTEGREX i-400 AM van Mazak en de Lasertec DED van DMG MORI kunnen bijvoorbeeld zowel 3D-printen als CNC-frezen uitvoeren.

Zal 3D-printen andere productieprocessen vervangen?

Analisten hebben lang gespeculeerd over de vraag of 3D-printen andere productieprocessen overbodig zou kunnen maken, waaronder:

Bewerking

Vormen

Casten

Ondanks het streven van AM-hardwarefabrikanten om 3D-printen te positioneren als een end-to-end productietechnologie (zie bijvoorbeeld het Industry 4.0-initiatief van EOS), blijft 3D-printen in de praktijk beperkt tot bepaalde specifieke productietaken, met name kleine volumes productie in specifieke materialen.

3D-printen heeft op sommige gebieden zeker andere processen ingehaald. Zo wordt rapid prototyping in goedkope kunststoffen zoals ABS nu gedomineerd door 3D-printen, omdat het minder duur is om ABS te printen dan om het te bewerken. 3D-printen lijkt ook zijn plaats te hebben veroverd als het ideale hulpmiddel voor het vervaardigen van objecten zoals patiëntspecifieke titanium medische implantaten:zowel de snelheid als de geometrische flexibiliteit van 3D-printen zijn moeilijk te evenaren in specifieke situaties zoals deze.

Desalniettemin blijven processen zoals CNC-bewerking momenteel beter in het produceren van hoogwaardige onderdelen en prototypes in technische materialen zoals POM, PEI, PPS en PEEK, terwijl ze een oppervlakteafwerking hebben die veel beter is dan die van 3D-printen. Bovendien zijn processen zoals spuitgieten nog steeds oneindig veel sneller voor de massaproductie van eenvoudige plastic componenten.

Bovendien, terwijl additieve productie enkele van de meest significante technologische ontwikkelingen binnen de productie doormaakt - waardoor het een grotere positie in de productie als geheel kan claimen - worden meer gevestigde processen zoals CNC en spuitgieten ook verfijnd om onderdelen van een hogere kwaliteit te produceren.

3D-printen zal een groter deel van de productietaken blijven innemen, maar het zal andere technologieën niet helemaal vervangen.

Hoe zag 3D-printen er 10 jaar geleden uit?

Tien jaar geleden bereidde de jonge 3D-printindustrie zich voor op wat volgens haar een revolutie in 3D-printen zou zijn:een 3D-printer in elk huis, waarmee gezinnen nieuwe objecten kunnen 3D-printen die ze misschien nodig hebben, zoals een vervangend onderdeel voor hun koelkast, een nieuw speelgoed voor hun kinderen, of zelfs onderdelen om een ​​tweede 3D-printer te bouwen.

Rond 2012-2014 brachten FDM 3D-printerfabrikanten zoals MakerBot hun 3D-printers agressief op de consumentenmarkt, in een poging om normale mensen ervan te overtuigen dat een 3D-printer hun privé- en werkleven zou kunnen verbeteren. Het was echter duidelijk dat deze bedrijven de nieuwigheidsfactor van 3D-printen probeerden te benutten en dat hun producten weinig praktisch nut hadden; een persbericht van MakerBot uit 2012 lijkt dit te bewijzen:“Maak een heel schaakspel met een druk op de knop. Vrienden, klasgenoten, collega's en familie zullen zien wat je maakt en zeggen 'Wauw!'”

Slechts een paar jaar later was deze zogenaamde 3D-printrevolutie kennelijk mislukt en begonnen veel 3D-printerfabrikanten hun doelen opnieuw af te stemmen, van de consumentensfeer naar de professionele en industriële markten, waar er meer concrete (en lucratieve) toepassingen waren van additieve technologie.

Bovendien begonnen degenen die al actief waren in de professionele en industriële sfeer - bedrijven als 3D Systems en Stratasys - het idee van 3D-printen als een prototypingtechnologie af te breken, in plaats daarvan te positioneren als een levensvatbare massaproductietool (wat uiteraard lucratiever zou kunnen zijn voor de 3D-printindustrie, aangezien van fabrikanten zou worden verwacht dat ze hele fabrieken met 3D-printers vullen, 3D-printerbeheersoftware kopen en 3D-printconsultants inhuren).

Hoe zal 3D-printen er over 10 jaar uitzien?

3D-printbedrijven hebben het vooruitzicht om een ​​3D-printer in elk huishouden te plaatsen, laten varen. Over 10 jaar kunnen ze echter een vorm van additive manufacturing in een groter aantal fabrieken verwachten.

Hoewel 3D-printen tegenwoordig minder een gespreksonderwerp is onder gewone mensen dan in 2012, blijft de technologie steeds sneller worden in de professionele en industriële wereld.

Volgens een recent rapport verwacht marktonderzoeksbureau 3DPBM Research dat de metaaladditievenproductie in waarde zal groeien van $ 1,6 miljard in 2020 tot $ 30 miljard in 2030, en dit is grotendeels te danken aan de herpositionering van AM als productietool en de ontwikkeling van meer hoogwaardige -prestaties technische materialen. (Dat gezegd hebbende, 3D-printen blijft een waardevol hulpmiddel voor prototyping in veel industrieën, en prototyping-toepassingen zullen evenzeer profiteren van technologische verbeteringen.)

Het is echter niet alleen metal AM die groeit. Technologieën zoals Multi Jet Fusion van HP hebben nieuwe mogelijkheden geopend voor het printen van plastic, terwijl innovators zoals Carbon nieuwe hogesnelheidsprocessen hebben ontwikkeld in de categorie fotopolymerisatie. Nichegebieden zoals 3D-bioprinting en micro-3D-printen zijn ook regelmatig baanbrekend, terwijl composiet 3D-printen (bijvoorbeeld continu 3D-printen met koolstofvezel) ook in opkomst is:IDTechEX verwacht dat de markt voor composiet 3D-printen in 2030 $ 1,7 miljard waard zal zijn.

Kortom, 3D-printen zal geleidelijk een serieuze concurrent worden van andere productieprocessen in vele disciplines.

Hoe ontwikkelt 3D-printen zich in China?

Hoewel China slechts een paar opmerkelijke 3D-printerfabrikanten heeft - UnionTech (SLA), Farsoon (DMLS, SLS), Shining 3D (FDM, DLP) en Creality (FDM, DLP, SLA) zijn enkele van de meer bekende namen - China en de regio Azië-Pacific is een van de snelstgroeiende markten voor 3D-printen, met een wijdverbreide acceptatie (deels dankzij overheidsstimulansen).

At present, AM activity in China is concentrated in Shanghai, Xi’an, Guangdong (where 3ERP is headquartered), and the Bohai Economic Rim, which includes Tianjin, Hebei, Liaoning, and Shandong. Some major western AM companies like 3D Systems, Stratasys, and EOS have offices in Shanghai.

Although production of Chinese 3D printers is dominated by FDM and resin technologies, around half of printers sold in China are for industrial use (as opposed to personal or small-scale professional use).

In October 2020, market research company CONTEXT found that China’s 3D printing market had been far more resilient in the face of the pandemic than other markets and was playing a major role in the recovery of the global 3D printing market.

How to outsource 3D printing services?

Investment in 3D printing hardware and software is not suitable for all businesses, and many successful companies outsource their 3D printing needs to third parties, such as online 3D printing service bureaus (for one-off projects) or with prototyping and manufacturing partners like 3ERP (for one-off projects or repeat orders).

When outsourcing 3D printing services, it is important to consider whether your business needs design and production services, or production services only. (Bear in mind that a poorly executed 3D model may not 3D print successfully.)

In general, however, ordering 3D printed parts from a third party is simpler than ever. Many manufacturers are able to commence 3D printing with just a digital 3D model, although more important projects may also require a technical drawing to convey extra information such as materials, colors, and tolerances. Some 3D printing service providers (3ERP included) will offer advice on suitable 3D printing technologies and materials for your project.

See our 3D printing services in full, including available technologies and materials, or request a quote for your 3D printing project.