Top materialen voor 3D-printen: Van kunststoffen tot biologisch afbreekbare opties

Met de constante technologische uitvindingen worden er meer materialen voor 3D-printen gebruikt. De 3D-printmarkt is niet langer beperkt tot polymeren, er zijn diverse materialen om in te tappen.

Kunststoffen, metalen en keramieken kunnen een diverse reeks producten produceren om aan verschillende toepassingen te voldoen. Wist u dat zelfs soja-olie, chocolade en nat papier ook 3D-prints kunnen maken? Lees verder om te ontdekken hoe u deze materialen kiest en welke u niet kunt gebruiken.

Welke materialen worden gebruikt in 3D-printen?

Laten we de cruciale kenmerken en nadelen van de verschillende materialen die in 3D-printen worden gebruikt bekijken.

Nylon

Nylon is een synthetisch thermoplastisch polyamide en is de populairste plasticstof die voor 3D-printen wordt gebruikt. Wat het een ideale keuze maakt voor 3D-prints is de flexibiliteit, lage wrijving en duurzaamheid. Dit materiaal is ook een veelvoorkomende keuze voor textiel en het maken van accessoires.

Nylon-filament (zie op Amazon) is een ideale optie voor ingewikkelde of kwetsbare 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 plasticmaterialen.

Voordelen

• Het is een duurzaam materiaal.
• Het heeft een goede kracht-tot-flexibiliteit verhouding.
• Het heeft minimale krimp.
• Het is gemakkelijk te verfven of te kleuren.

Nadelen

• Het is hygroskopisch, dus moet droog gehouden worden.
• Het heeft een houdbaarheid van één jaar.
• Het kan krimpen tijdens afkoeling, wat prints minder precies maakt.
• 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 hoogwaardige prototypeproducten nodig hebben.

Voordelen

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

Nadelen

• Het heeft een verwarmd bed nodig tijdens het printen.
• Het neigt ertoe te krimpen als het afkoelt tijdens het printen vanwege het hoge smeltpunt.
• Het is niet biologisch afbreekbaar.
• Het emitteert giftige, vieze reukende rook bij hoge temperaturen.

High Impact Polystyrene (HIPS)

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

Voordelen

• Het is gemakkelijk te snijden.
• Het kan ingewikkelde modellen maken en als ondersteuningsmateriaal dienen.
• Het is licht en glad.
• Het is impactsbestendig en waterbestendig.
• Het is betaalbaar (zie prijs op Amazon).

Nadelen

• Het kan de leveringstube en nozzels van uw printer verstoppen zonder goede warmtestroom.
• Het produceert onprettige reukende rook.

Hars (Resin)

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

Voordelen

• Hars is bruikbaar in talloze toepassingen.
• Hars heeft lage krimp.
• Het is hoog chemisch bestendig.

Nadelen

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

Polylactidezuur (PLA)

PLA komt van hernieuwbare bronnen zoals maïzena en suikerriet. Het is een typische keuze in leerinstellingen vanwege de gebruiksgemak en veiligheid. Bovendien is PLA toepasbaar in FDM-desktopprinten.

Voordelen

• Lage krimp, dus moeiteloos om mee te printen.
• PLA is printbaar op een koud oppervlak.
• PLA is geschikt voor het printen van scherpere kenmerken en hoeken dan ABS.
• PLA is beschikbaar in meerdere kleuren (zie op Amazon).

Nadelen

• PLA is niet erg stevig.
• Kan vervormen bij extreme hitteblootstelling.

Goud en Zilver

Deze metaalfilamenten worden in poedervorm verwerkt en zijn een van de stevigste voor gebruik in 3D-printen. Ze worden meestal gebruikt om juwelen te maken. Printprocessen die met deze metaalfilamenten worden gebruikt, omvatten Direct Metal Laser Sintering en Selective Laser Melting.

Voordelen

• Hoge elektrische geleiding.
• Hittebestendig en duurzaam.

Nadelen

• Zeer duur.
• Tijdrovend en moeizzaam om te perfectioneren.
• Hoge reflectiviteit en thermische geleiding, wat ze moeilijk te verwerken maakt.
• Vereisen extreme hoge temperatuur, dus niet geschikt voor printen in typische FDM 3D-printers.

Roestvrij staal

Fusie en lasersintering (zie 3D-printer) zijn de methoden die gebruikt worden bij het printen met roestvrij staal. Dit materiaal werkt met twee typen technologieën: DMLS en SLM. Gezien roestvrij staal goed is voor het construeren van stevige materialen en gedetailleerd werk, is het ideaal voor dingen zoals sleutelhangers, bouten en miniaturen, onder andere.

Voordelen

• Het is warmtebehandelbaar om hardheid en kracht te verbeteren.
• Het is ideaal voor hoge-kracht toepassingen.
• Het is hoog corrosionbestendig.
• Het heeft hoge duktiliteit.

Nadelen

• Het is tijdrovend om te printen.
• Het is niet budgetvriendelijk.
• Beperkte printgrootte.

Titaan

Dit is het lichtste en sterkste 3D-printmateriaal en heeft een matige oppervlakteruwigheid. Titaan wordt geprint via Direct Metal Laser Sintering. De hoofttoepassing van titaanfilamenten is in high-tech velden zoals geneeskunde, ruimtevaart en de luchtvaartindustrie.

Voordelen

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

Nadeel

• Het is vrij duur.

Keramiek

Keramiek kan extreme druk en temperatuur weerstaan zonder te krimpen of te breken. Het is minder geneigd te corroderen en slijtaft niet gemakkelijk. Daarom is het langduriger dan metalen en kunststoffen.

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

Voordelen

• Ze zijn geschikt voor hoge-precisie werk.
• Ze bieden gladde, glanzende afwerkingen.
• Ze zijn hoog bestendig tegen hitte, zuur en loog.
• Ze komen in veel kleuren.

Nadelen

• Keramiek vereist zeer hoge temperaturen om te smelten.
• Ze zijn niet ideaal voor glazeren en bakprocessen.
• Ze zijn kwetsbaar, dus niet geschikt voor ingrypende en gesloten componenten.
• Niet uitstekend voor stukmontageprocedures.

Polyethyleentereftalaat (PET/PETG)

PET is een ander veelgebruikt plasticmateriaal voor 3D-prints dat in thermovormingsprocessen wordt ingezet. Het kan ook engineering harsen creëren wanneer gecombineerd met andere stoffen zoals glasvezel.

In 3D-printen is PETG meer gangbaar dan PET omdat de eerstgenoemde gemodificeerde glycol bevat. Als resultaat is het helderder, minder broos en minder moeizaam te gebruiken dan PET. Het filament (zie op Amazon) werkt met FFF en FDM-technologieën.

Voordelen

• Het materiaal is duurzaam.
• Het is herbruikbaar en impactsbestendig.
• Het is steriliseren.
• Het heeft uitstekende hechteigenschappen.
• Hoog temperatuurbestendig en stevig.
• Het is gemakkelijk te printen.

Nadelen

• Degradeert onder UV-licht.
• Het oppervlak neigt ertoe te krassen.
• Het vereist additionele testen met 3D-printparameters.

Wat is het meest voorkomende 3D-printmateriaal?

Van alle 3D-printmaterialen in gebruik, is plastic het meest populair. Het is geliefd voor veel verschillende toepassingen, waaronder het maken van huishoudelijke fixaties, 3D-geprinte speelgoed, bureaumaterialen, actiefiguren en vazen.

Plastic is beschikbaar in transparante en levendige tinten, met limoengroen en rood als de meest voorkomende. Deze filamenten worden in spoelen verpakt en kunnen in matte of glanzende afwerkingen komen.

Gegeven de stevigheid, gladheid, flexibiliteit en fel kleuren, is de populariteit gemakkelijk te begrijpen. Niet te noemen, het is een relatief betaalbare optie vergeleken met andere 3D-printmaterialen.

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

• PLA, wat een van de meest milieuvriendelijke materialen is die in 3D-printers worden gebruikt. Het is beschikbaar in harde en zachte vormen. Kunststoffen gemaakt van polylactidezuur zullen waarschijnlijk de meest gewenste in 3D-printen in de komende jaren zijn.
• ABS-filament is beschikbaar in verschillende kleuren en is populair in stickers en speelgoedmaken. Het wordt ook gebruikt voor vazen en juwelen.
• Polyvinylalcohol Kunststof: het is een typische keuze voor betaalbare thuisprinters. Hoewel niet ideaal voor producten die hoge kracht vereisen, is het een goede keuze voor tijdelijk-gebruik producten.
• Polycarbonaat: het is het minst gebruikte plastic in 3D-printen. Het werkt alleen in 3D-printers die bij hoge temperaturen en met nozzels opereren. Het wordt gebruikt bij het maken van gietvormen en betaalbare plastic bevestigingsmiddelen, onder andere.

Plastic items gemaakt in 3D-printers komen in verschillende vormen en consistenties, van plat en rond tot gegolfd en gemesht.

Welke materialen kunnen niet 3D-geprint worden?

U kunt materialen niet printen die niet in een half-vloeibare toestand kunnen smelten om geëxtrudeerd te worden. Neem de werking van FDM 3D-printers, bijvoorbeeld. Deze printers smelten thermoplastische stoffen van een spoel, met een strakke tolerantie van ± 0,05 of lager.

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

We kunnen Selective Laser Sintering gebruiken om poedermetalen in vaste modellen te binden.

Mits u de toleranties en half-vloeibare toestand kunt halen, zou het mogelijk moeten zijn om die stof te printen. Hier zijn enkele materialen die u niet voor 3D-printen kunt gebruiken:

• Gewoon hout of houtproducten (Echter, u kunt houtkorrels combineren met PLA en ze voor 3D-printen gebruiken).
• Stoffen/ Kleding.
• Droog papier.
• Rotsen en grond - hoewel u vulkanische rotsen kunt smelten in een vloeibare toestand.
• Leer en dierenproducten.

De juiste 3D-printmateriaal kiezen

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

Laten we een scherpere kijk nemen om te zien wat erin te zoeken is.

• Treksterkte

Dit verwijst naar de weerstand van uw materiaal tegen breken onder spanning. Het duidt niet alleen de duktiliteit van een materiaal aan, maar kan ook de kracht ervan aanduiden. Sommige stoffen breken scherp terwijl de meer duktiele, zoals metaal en plastic, vervorming ervaren voordat ze breken.

Mechanische, structurele en statische componenten hebben hoge treksterktematerialen nodig omdat breuk onacceptabel is. Voorbeelden van sectoren die hoge treksterktematerialen vereisen zijn bouw, luchtvaart en auto. Tegenwoordig levert 3D-printen vergelijkbare of zelfs hogere treksterktemodellen dan eerdere injection-molded plastics zoals ABS en polypropyleen.

• Young's Modulus

Dit duidt de weerstand van een materiaal aan tegen lengteveranderingen onder trekkingspanning. Stijve materialen hebben een hoge Young's modulus en zijn meer weerstandig tegen verandering. Bij het selecteren van materialen voor structurele en mechanische componenten, is een hoge Young's modulus cruciaal.

• Reck

Reck is de mate van rek van een materiaal precies bij het breukpunt. Stijve materialen, zoals broos-harde kunststoffen, hebben meestal een lage rek, terwijl zachte, elastische materialen meerdere keren rekken voordat ze breken.

Reck is noodzakelijk voor architectuur en bouw, waar structuren zichtbaar moeten vervormen in plaats van plotseling te breken.

• Buigsterkte

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

De meeste kunststoffen hebben nauwelijks uitlijnde trek- en buigsterktes. Sommige materialen met een homogene structuur hebben dezelfde trek- en buigsterktes. SLA is homogene, wat een voordeel is ten opzichte van andere 3D-printtechnologieën. Dit is omdat componenten analoge kracht hebben ongeacht de oriëntatie.

• Buigmodulus

Dit verwijst naar de weerstand van een materiaal tegen buigen. Stijve materialen hebben een hoge modulus, terwijl elastische er een lage hebben. Buig- en Young's modulus hebben ook een nauwe relatie.

Buigmodulus is vitaal bij het construeren van staallevers, met name bladveren, en in structurele delen of ondersteuningsbalken.

• Impactssterkte

Materialen hebben verschillende reacties op statische belasting en plotselinge impact. Impactssterkte beïnvloedt de zwaarte van een materiaal sterk. Broze materialen hebben minimale zwaarte door de beperkte vervorming die ze kunnen lijden. Temperatuur beïnvloedt ook de zwaarte, met lage hitteniveaus die de zwaarte van een materiaal verminderen.

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

• Waterabsorptie

Plasticmaterialen absorberen wat water in vochtige omstandigheden of als gedompeld. Ondanks dat sommige kunststoffen een hogere hygroskopie hebben dan anderen, kan het minimale verschil irrelevante zijn in afgeronde plasticproducten. Echter, het is een cruciale overweging voor hittestandigheid in plasticonderdelen en rauwmateriaalverwerking.

Wanneer plasticmaterialen boven ongeveer 150°C worden verwarmd, resulteert de aanwezigheid van vocht in hydrolyse. Dit veroorzaakt dan het kraken van lange-keten naar korte-keten moleculen, waardoor het materiaal zwakt. Als dit voor 3D-printen gebeurt, zwakt het het materiaal, wat resulteert in slechte-kwaliteitsproducten. Daarom moet u rauwmaterialen met een hoge waterabsorptiecapaciteit in droge omstandigheden opslaan.

Nieuwe innovatieve 3D-printmaterialen

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

Bijvoorbeeld, één ontwerper heeft een 3D-printer ontwikkeld die nat papiervezels kan gebruiken. Het is stevig, langdurig en biedt een goede oplossing voor plasticmaterialen. Bovendien biedt het een efficiënt cyclisch systeem omdat het afgeronde producten kan recyclen zodra ze oud zijn.

Nieuwe polymeren voor 3D-printen van medische implantaten zijn op de beklimming. Bijvoorbeeld, Evonik, een specialiteitschemisch merk, lanceerde een implantaatgraad PEEK-filament. Volgens hen is dit nieuwe materiaal de pionerende PEEK-gebaseerde filament bruikbaar in maxillofaciale chirurgie en orthopedie.

Conclusie

De bovenstaande 3D-printmaterialengids zal het u gemakkelijk maken om het juiste materiaal voor uw taak te kiezen. Met de diversificatie van de 3D-printindustrie en de wereld, zullen er extra filamenten beschikbaar komen voor gebruik.

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