Welke materialen worden gebruikt bij 3D-printen?

Met de constante technologische uitvindingen worden meer materialen gebruikt voor 3D-printen. De markt voor 3D-printen is niet langer beperkt tot polymeren, aangezien er verschillende materialen zijn om aan te boren.

Plastics, metalen en keramiek kunnen een breed scala aan producten produceren voor verschillende toepassingen. Wist je dat zelfs sojaolie, chocolade en nat papier ook 3D-afdrukken kunnen maken? Lees verder om te ontdekken hoe u deze materialen kiest en welke u niet kunt gebruiken.

Welke materialen worden gebruikt bij 3D-printen?

Laten we eens kijken naar de cruciale kenmerken en nadelen van de verschillende materialen die worden gebruikt bij 3D-printen.

Nylon

Nylon is een synthetisch thermoplastisch polyamide en is de meest populaire plastic substantie die wordt gebruikt voor 3D-printen. Wat het een ideale keuze maakt voor 3D-afdrukken, is de flexibiliteit, lage wrijving en duurzaamheid. Dit materiaal is ook een veelgebruikte keuze voor textiel en het maken van accessoires.

Nylon filament (zie op Amazon) is een ideale optie voor gecompliceerde of delicate geometrieën. Het wordt voornamelijk gebruikt als filamentmateriaal in Fused Filament Fabrication of Fused Deposition Modeling 3D-printers. Het is goedkoop en een van de stevigste plastic materialen.

Pluspunten

• Het is een duurzaam materiaal.
• Het heeft een goede verhouding tussen sterkte en flexibiliteit.
• Het heeft minimale vervorming.
• Het is gemakkelijk te verven of te kleuren.

Nadelen

• Het is hygroscopisch en moet daarom droog worden gehouden.
• Het is een jaar houdbaar.
• Het kan tijdens het afkoelen krimpen, waardoor afdrukken minder nauwkeurig worden.
• Het is niet compatibel met alle printers.

ABS-kunststof

Dit thermoplastische filamentmateriaal is een topkeuze voor gebruik als 3D-printerfilament. ABS is ook een van de meest gebruikte materialen voor huishoudelijk en persoonlijk 3D-printen.

ABS is een goede optie voor ingenieurs en fabrikanten die prototypeproducten van hoge kwaliteit nodig hebben.

Pluspunten

• ABS is gemakkelijk toegankelijk.
• Het heeft een budgetvriendelijke prijs (zie op Amazon).
• Het is verkrijgbaar in talloze kleuren.
• Het is duurzamer dan nylon.

Nadelen

• Het bed heeft een verwarmd bed nodig tijdens het printen.
• Het zal waarschijnlijk kromtrekken als het tijdens het afdrukken afkoelt vanwege het hoge smeltpunt.
• Het is niet biologisch afbreekbaar.
• Het stoot giftige, stinkende dampen uit bij hoge temperaturen.

High Impact Polystyreen (HIPS)

Dit materiaal wordt gebruikt in FDM-printers als ondersteuningsstructuur. Het gebruiksgemak kan worden vergeleken met ABS. De twee verschillen echter in hun vermogen om op te lossen. HIPS is bijvoorbeeld volledig oplosbaar in limoneen.

Pluspunten

• Het is gemakkelijk te snijden.
• Het kan ingewikkelde modellen maken en als ondersteunend materiaal.
• Het is lichtgewicht en soepel.
• Het is slagvast en waterbestendig.
• Het is betaalbaar (zie prijs op Amazon).

Nadelen

• Het kan de toevoerbuis en spuitmondjes van uw printer verstoppen zonder de juiste warmtestroom.
• Het produceert onaangenaam ruikende dampen.

Hars

Hier is nog een veelvoorkomende keuze voor 3D-printen. Harsmaterialen worden doorgaans gebruikt in DLP-, SLA-, CLIP- en Multijet-technologieën. Verschillende soorten zijn compatibel met 3D-printen, waaronder harde hars, gietbare hars, flexibele hars en meer.

Pluspunten

• Hars is bruikbaar in tal van toepassingen.
• Hars krimpt weinig.
• Het is zeer chemisch resistent.

Nadelen

• Hars is vrij duur (zie prijs op Amazon).
• Hars verloopt.
• Hoge foto-reactiviteit, dus goede opslag nodig.
• Kan voortijdig polymeriseren bij blootstelling aan hitte.

Polymelkzuur (PLA)

PLA is afkomstig van hernieuwbare bronnen zoals maïszetmeel en suikerriet. Het is een typische keuze in onderwijsinstellingen vanwege het printgemak en de veiligheid. Bovendien is PLA toepasbaar bij FDM desktop printing.

Pluspunten

• Weinig kromtrekken, dus moeiteloos printen.
• PLA is afdrukbaar op een koud oppervlak.
• PLA is geschikt voor het afdrukken van scherpere kenmerken en hoeken dan ABS.
• PLA is verkrijgbaar in meerdere kleuren (zie op Amazon).

Nadelen

• PLA is niet erg stevig.
• Kan vervormen bij blootstelling aan extreme hitte.

Goud en zilver

Deze metaalfilamenten worden in poedervorm verwerkt en behoren tot de stevigste voor gebruik bij 3D-printen. Ze worden meestal gebruikt om sieraden te maken. Drukprocessen die met deze metaalfilamenten worden gebruikt, zijn onder meer Direct Metal Laser Sintering en Selective Laser Melting.

Pluspunten

• Hoge elektrische geleidbaarheid.
• Hittebestendig en duurzaam.

Nadelen

• Heel duur.
• Tijdrovend en vervelend om te perfectioneren.
• Hoge reflectiviteit en thermische geleidbaarheid, waardoor ze moeilijk te verwerken zijn.
• Vereisen extreem hoge temperaturen en daarom niet geschikt voor afdrukken in typische FDM 3D-printers.

Roestvrij staal

Fusion en laser sinteren (zie 3D-printer) zijn de methoden die worden gebruikt bij het printen met roestvrij staal. Dit materiaal werkt met twee soorten technologieën:DMLS en SLM. Aangezien roestvrij staal goed is voor het maken van stevige materialen en gedetailleerd werk, is het ideaal voor onder meer sleutelhangers, bouten en miniaturen.

Pluspunten

• Het is hittebehandelbaar om de hardheid en sterkte te verbeteren.
• Het is ideaal voor toepassingen met een hoge sterkte.
• Het is zeer corrosiebestendig.
• Het heeft een hoge ductiliteit.

Nadelen

• Het is tijdrovend om af te drukken.
• Het is niet budgetvriendelijk.
• Beperkte afdrukgrootte.

Titanium

Dit is het lichtste en sterkste 3D-printmateriaal en heeft een matige oppervlakteruwheid. Titanium wordt geprint via Direct Metal Laser Sintering. De belangrijkste toepassing van titaniumfilamenten is in hightechgebieden zoals geneeskunde, ruimteverkenning en de lucht- en ruimtevaartindustrie.

Pluspunten

• Het biedt meer resolutie en complexiteit in ontwerp.
• Het is geschikt voor toepassingen met hoge precisie.
• Het is corrosiebestendig en biocompatibel.

Met

• Het is vrij duur.

Keramiek

Keramiek is bestand tegen extreme druk en temperatuur zonder krom te trekken of te breken. Het is minder snel gecorrodeerd en slijt niet gemakkelijk weg. Daarom gaat het langer mee dan metalen en kunststoffen.

Keramiek wordt meestal gebruikt met Binder Jetting-technologie, stereolithografie en DLP (Digital Light Processing).

Pluspunten

• Ze zijn geschikt voor precisiewerk.
• Ze zorgen voor een gladde, glanzende afwerking.
• Ze zijn zeer goed bestand tegen hitte, zuur en loog.
• Ze zijn er in vele kleuren.

Nadelen

• Keramiek heeft zeer hoge temperaturen nodig om te smelten.
• Ze zijn niet ideaal voor glazuur- en ovenprocessen.
• Ze zijn kwetsbaar en daarom niet geschikt voor in elkaar grijpende en ingesloten componenten.
• Niet uitstekend geschikt voor montageprocedures voor onderdelen.

Polyethyleentereftalaat (PET/PETG)

PET is een ander veelgebruikt plastic materiaal voor 3D-prints dat wordt gebruikt in thermovormprocessen. Het kan ook technische harsen creëren in combinatie met andere stoffen zoals glasvezel.

Bij 3D-printen komt PETG vaker voor dan PET, omdat de eerste gemodificeerde glycol bevat. Als gevolg hiervan is het helderder, minder bros en minder inspannend in gebruik dan PET. Het filament (zie op Amazon) werkt met FFF- en FDM-technologieën.

Pluspunten

• Het materiaal is duurzaam.
• Het is recyclebaar en slagvast.
• Het is steriliseerbaar.
• Het heeft uitstekende hechtingseigenschappen.
• Zeer temperatuurbestendig en stevig.
• Het is gemakkelijk af te drukken.

Nadelen

• Degradeert onder UV-licht.
• Het oppervlak heeft de neiging om te krassen.
• Het vereist extra testen met 3D-printparameters.

Wat is het meest gebruikte materiaal voor 3D-afdrukken?

Van alle gebruikte 3D-printmaterialen is plastic het populairst . Het is geliefd voor veel verschillende toepassingen, waaronder het maken van huishoudelijke armaturen, 3D-geprint speelgoed, bureaubenodigdheden, actiefiguren en vazen.

Plastic is verkrijgbaar in transparante en levendige tinten, waarbij limoengroen en rood de meest voorkomende zijn. Deze filamenten zijn verpakt in spoelen en kunnen worden geleverd in matte of glanzende afwerkingen.

Gezien zijn stevigheid, zachtheid, flexibiliteit en schitterende kleuren, is zijn populariteit gemakkelijk te begrijpen. Om nog maar te zwijgen, het is een relatief betaalbare optie in vergelijking met andere 3D-printmaterialen.

Plastic consumentenproducten gebruiken meestal FDM-printers. Het proces omvat het achtereenvolgens smelten en vormen van thermoplastische filamenten in verschillende vormen. De meest voorkomende soorten kunststoffen voor 3D-printen zijn:

• PLA , een van de meest milieuvriendelijke materialen die in 3D-printers worden gebruikt. Het is verkrijgbaar in harde en zachte vormen. Kunststoffen gemaakt van polymelkzuur zullen de komende jaren waarschijnlijk de meeste voorkeur krijgen in 3D-printen.
• ABS-filament is verkrijgbaar in verschillende kleuren en is populair bij het maken van stickers en speelgoed. Het wordt ook gebruikt voor vazen ​​en sieraden.
• Polyvinylalcoholplastic: het is een typische keuze voor betaalbare thuisprinters. Hoewel het niet ideaal is voor producten die een hoge sterkte vereisen, is het een goede keuze voor producten voor tijdelijk gebruik.
• Polycarbonaat: het is het minst gebruikte plastic bij 3D-printen. Het werkt alleen in 3D-printers die werken bij hoge temperaturen en met sproeiers. Het wordt onder andere gebruikt bij het maken van vormbakken en betaalbare plastic bevestigingsmiddelen.

Plastic items gemaakt in 3D-printers zijn er in verschillende vormen en consistenties, van plat en rond tot gegroefd en maaswerk.

Welke materialen kunnen niet 3D-geprint worden?

U kunt geen materialen printen die niet kunnen smelten in een semi-vloeibare toestand die geëxtrudeerd kan worden. Neem bijvoorbeeld de bediening van FDM 3D-printers. Deze printers smelten thermoplastische stoffen van een spoel, met een nauwe tolerantie van ± 0,05 of lager.

Materialen die bij hoge temperaturen branden in plaats van smelten, zijn moeilijk door de spuitmond te extruderen.

We kunnen Selective Laser Sintering gebruiken om metalen in poedervorm te binden tot solide modellen.

Mits je aan de toleranties en semi-vloeibare toestand kunt voldoen, moet het mogelijk zijn om die stof te printen. Hier zijn enkele materialen die u niet kunt gebruiken voor 3D-printen:

• Effen hout of houtproducten (u kunt echter houtnerven combineren met PLA en deze gebruiken voor 3D-printen).
• Stoffen/kleding.
• Droog papier.
• Gesteenten en aarde, hoewel je vulkanische rotsen kunt smelten tot gesmolten toestand.
• Leer en dierlijke producten.

Het juiste 3D-afdrukmateriaal kiezen

Bij het printen van 3D-modellen moet u eerst rekening houden met uw type materiaal. We hebben hierboven al de voordelen, nadelen en toepassingen van verschillende 3D-printmaterialen gezien.

Laten we eens nauwkeuriger kijken om te zien waar we naar moeten zoeken.

• Treksterkte

Dit verwijst naar de weerstand van uw materiaal tegen breken onder spanning. Het geeft niet alleen de taaiheid van een materiaal aan, maar kan ook de sterkte ervan aangeven. Sommige stoffen breken scherp, terwijl de meer taaie, zoals metaal en plastic, vervorming ondergaan voordat ze breken.

Mechanische, structurele en statische componenten hebben materialen met een hoge treksterkte nodig, aangezien breuken onaanvaardbaar zijn. Voorbeelden van sectoren die materialen met een hoge treksterkte nodig hebben, zijn de bouw, de luchtvaart en de auto-industrie. Tegenwoordig levert 3D-printen vergelijkbare of zelfs hogere treksterktes op dan eerdere spuitgegoten kunststoffen zoals ABS en polypropyleen.

• Young's Modulus

Dit geeft de weerstand van een materiaal aan tegen lengteveranderingen onder trekspanning. Stijve materialen hebben een hoge Young's modulus en zijn beter bestand tegen verandering. Bij het selecteren van materialen voor structurele en mechanische componenten is een hoge Young-modulus cruciaal.

• Verlenging

Rek is de mate waarin een materiaal zich precies op het breekpunt uitrekt. Stijve materialen, zoals broos-hard plastic, hebben meestal een lage rek, terwijl zachte, elastische materialen meerdere keren uitrekken voordat ze breken.

Verlenging is noodzakelijk voor architectuur en constructie, waar structuren merkbaar moeten vervormen in plaats van plotseling te breken.

• Flexurale kracht

Buigsterkte is ook de breukweerstand van een materiaal onder belasting, zoals treksterkte. De belastingen verschillen echter met de buigsterkte die de buiging omvat. Daarom reflecteert het op de treksterkte en compressie van een materiaal.

De meeste kunststoffen hebben een nauw op elkaar afgestemde trek- en buigsterkte. Sommige materialen met een homogene structuur hebben dezelfde trek- en buigsterkten. SLA is homogeen, wat een voordeel is ten opzichte van andere 3D-printtechnologieën. Dit komt omdat componenten een analoge sterkte hebben, ongeacht de oriëntatie.

• Flexurale modulus

Dit verwijst naar de buigweerstand van een materiaal. Stijve materialen hebben een hoge modulus, terwijl elastische materialen een lage modulus hebben. Flexural en Young's modulus hebben ook een nauwe relatie.

Buigmodulus is van vitaal belang bij het construeren van stalen veren, vooral bladveren, en in constructiedelen of steunbalken.

• Inslagsterkte

Materialen reageren verschillend op statische belasting en plotselinge schokken. De slagvastheid heeft een grote invloed op de taaiheid van een materiaal. Brosse materialen hebben een minimale taaiheid vanwege de beperkte vervorming die ze kunnen verdragen. Temperatuur heeft ook invloed op de taaiheid, met lage warmteniveaus die de taaiheid van een materiaal verminderen.

Deze factor is cruciaal in verschillende toepassingen, zoals het maken van veiligheidsbrillen en schilden.

• Wateropname

Kunststof materialen absorberen wat water in vochtige omstandigheden of bij onderdompeling. Ondanks dat sommige kunststoffen een hogere hygroscopie hebben dan andere, kan het minimale verschil niet relevant zijn in afgewerkte kunststofproducten. Het is echter een cruciale overweging voor hittebestendigheid in plastic onderdelen en de verwerking van grondstoffen.

Wanneer plastic materialen worden verwarmd tot boven ongeveer 150°C, resulteert de aanwezigheid van vocht in hydrolyse. Dit veroorzaakt dan het kraken van moleculen met een lange keten naar een korte keten, waardoor het materiaal verzwakt. Als dit gebeurt vóór het 3D-printen, verzwakt dit het materiaal, wat resulteert in producten van slechte kwaliteit. Daarom dient u grondstoffen met een hoog wateropnamevermogen in droge omstandigheden op te slaan.

Nieuwe innovatieve 3D-printmaterialen

3D-printers zijn niet langer hoofdvak in kunststoffen. Sommige van de nieuwste 3D-printers zijn compatibel met gerecyclede materialen.

een ontwerper heeft bijvoorbeeld een 3D-printer ontwikkeld die natte papiervezels kan gebruiken . Het is stevig, gaat lang mee en biedt een goede oplossing voor plastic materialen. Bovendien biedt het een efficiënt cyclisch systeem omdat het afgewerkte producten kan recyclen zodra ze oud zijn.

De voedingsindustrie heeft enkele van de nieuwste innovaties op het gebied van 3D-printen. Bedrijf Universal Favorite ontwikkelde een 3D-geprinte mal voor het creëren van een unieke chocoladelijn.

Nieuwe polymeren voor 3D-printen van medische implantaten zijn in opkomst. Bijvoorbeeld Evonik , een speciaal chemisch merk, lanceerde een PEEK-filament van implantaatkwaliteit. Volgens hen is dit nieuwe materiaal het baanbrekende PEEK-gebaseerde filament dat bruikbaar is in maxillofaciale chirurgie en orthopedie.

Conclusie

De bovenstaande gids voor 3D-printmaterialen maakt het u gemakkelijk om het juiste materiaal voor uw taak te kiezen. Met de diversificatie van de 3D-printindustrie en de wereld zullen er extra filamenten beschikbaar zijn voor gebruik.

Het kiezen van de juiste materialen is essentieel voor efficiënt 3D-printen. Met een goed begrip van de verschillende materialen die beschikbaar zijn voor 3D-printen, kunnen bewerkingen snel worden en hoogwaardige producten produceren.