Veilig toepassingen van 3D-printen in industrie en gezondheidszorg ontdekken

3D-printen, ook additieve productie, is verantwoordelijk voor het creëren van een driedimensionaal object of een component met behulp van CAD-modellen.

Het doet dit door het biologisch proces na te bootsen, waarbij het lagen van materialen toevoegt bij het maken van het fysieke deel. 3D-printen helpt om functionele vormen te produceren met minder materiaal, in tegenstelling tot de traditionele productiemethode.

3D-printen wordt gebruikt om onderdelen van een auto, smartphonehoesjes, modeaccessoires, en in de bouw in gezondheidssectoren om organen te creëren zoals hoortoestellen en nog veel meer. In de mode worden ze gebruikt om kogelvrije en brandbestendige kleding te creëren. Er zijn verschillende 3D-technologieën waaruit alle industrieën hun 3D-printers bouwen.

3D-printtechnologie is door bijna elke industrie aangenomen omdat het helpt ontwerpen te ontwikkelen.

Dit artikel helpt je leren over 3D-printers, van hun toepassingen tot hoe ze werken tot de verschillende typen 3D-printprocessen.

Wat is het hoofddoel van 3D-printen?

• Bouwindustrie

Er zijn talloze voorbeelden van 3D-printen gebruikt in de bouwindustrie. Het wordt gebruikt bij het fabriceren van componenten die in de bouw gebruikt worden. Enkele van de 3D-toepassingen in de bouw zijn extrusies zoals cement, was schuim, polymeren, poederbindingen, waaronder reactieve binding, sinteren, polymer, en additieve letsel.

• Prototyping en productie

De 3D-printer werd eerst gemaakt om te helpen met rapid prototyping. De traditionele injectie- het modelprototype was te duur en duurde een eeuwigheid om een enkel model te voltooien. Met additieve productie is prototyping snel en niet zo duur als de eerste. Je kunt een component in een uur fabriceren, in tegenstelling tot vroeger.

De verminderde tijd in prototyping heeft geholpen het productieproces snel en goedkoop te maken vergeleken met vroeger.

Vanwege de 3D-technologie, passen bedrijven nu hun diensten aan, en zelfs consumenten kunnen de producten die ze kopen aanpassen door web-gebaseerde software te gebruiken. Het heeft geholpen bij de groei van de productie-industrie.

• Automobiel

Automobielen gebruiken 3D-printen al decennialang. De auto-industrie gebruikt additieve productie om prototypes te creëren die hen helpen om een nieuw automodel te bedenken.

Je kunt ook 3D-printers gebruiken om hoogwaardige en kosteneffectieve voertuigreserveonderdelen te maken. Naast dat, heeft 3D-technologie geholpen de workflow in automobielen te verbeteren. Dit omvat custom jigs, fixtures, en andere tooling gebruikt in single-car, met name voor high-performing machines.

Wat zijn de voordelen van 3D-printen?

• Ontwerpen zijn flexibeler

Met 3D-printen zijn complexe ontwerpen nu makkelijk te ontwerpen, in tegenstelling tot de traditionele productiemethoden. De traditionele processors hebben beperkingen die niet bij 3D-printen zitten.

Voordat mensen 3D-printen omarmden, was de prijs van het kopen van geprinten organen voor weefseltechniektoepassingen meer dan die van onroerend goed. Nu hebben bedrijven met aanzienlijke invloed 3D-geprinte organen in hun productielijn geïntroduceerd en adverteren ze.

• Productie van prototypes op een snelle snelheid

Met 3D-printen kunnen fabrikanten objecten sneller produceren. 3D-printmethoden hebben de snelheid verhoogd waarmee het prototype verwerkt wordt, wat elke sneller voltooit dan vroeger.

Naast dat, heeft 3D-printen een lagere kosten vergeleken met machineren van prototypes, wat eeuwig duurt. Het helpt bij het voltooien van elke ontwerpwijziging op een efficiëntere snelheid. Dit heeft bedrijven geholpen de prijs van hun 3D-geprinte objecten te verlagen, wat meer verkopen en dus meer winst oplevert.

• Printen wanneer je het nodig hebt

Met 3D-printen print je alleen op aanvraag, omdat het niet veel ruimte nodig heeft om de voorraad op te slaan. Dit helpt je ruimte en kosten besparen, omdat je niet hoeft te printen wat je niet nodig hebt.

3D is ontworpen om al zijn bestanden in zijn virtuele bibliotheek op te slaan, aangezien ze geprint worden door technologieën bekend als CAD en STL. Dit betekent dat je het elk moment kunt ophalen als je het bestand wilt en printen. Naast dat, kun je bewerkingen maken en het bestand nog steeds gebruiken.

• Lichte onderdelen

De meeste printmaterialen die gebruikt worden, zijn plastic, hoewel er sommige metalen gebruikt worden. Dit is voordelig voor de auto- en luchtvaartindustrie, waar ze lichtere materialen prefereren om hun producten efficiënter te maken.

Objecten kunnen van verschillende materialen gecreërd worden met 3D-printen om sommige eigenschappen te verkrijgen zoals brandbestendigheid, waterdicht, en kogelvrij bij het maken van bepaalde objecten.

• Minder afval

Met 3D-technologie producer je alleen 3D-objecten met de alleen benodigde materialen, wat betekent dat er minder of geen afval is. In tegenstelling tot de traditionele methode waar objecten gemaakt worden van grote stukken materialen die niet herbruikbaar zijn en dan het object gesneden wordt, wat leidt tot zoveel afval. Door afval te verminderen, heeft additieve productie geholpen de productiekosten te verlagen en dus meer winst voor industrieën en fabrikanten.

• Ze zijn makkelijk toegankelijk

Met de tijd is 3D-printen meer toegankelijk geworden tot het punt dat lokale dienstverleners 3D-printen aanbieden. Dit helpt tijd en transportkosten besparen. Met traditionele productiemethoden, werden de diensten in bepaalde gebieden en landen gevonden, wat transport duur maakte, en je besteedde veel tijd.

• Ze zijn milieuvriendelijker

Eerst, 3D-printen bespaart het milieu door geen materialen te verspillen. Ook gebruikt het minder brandstof omdat het lichte materialen gebruikt. Op die manier wordt het milieu bewaard vergeleken met de traditionele productiemethode, die overmatige materialen gebruikt.

• Betere gezondheidszorg

3D-technologie heeft betere gezondheidszorg mogelijk gemaakt en meer levens gered, aangezien men organen kan printen met 3D-printen. Delen zoals lever, nieren, en hart. Naast dat, helpen ze bij het ontwikkelen van zintuigonderdelen zoals hoortoestellen. Meer vooruitgang wordt ontwikkeld met technologie en verbetert de gezondheidssector verder.

Wat zijn 3D-printers en hun toepassingen?

3D-printers zijn objecten die de gebruiker in staat stellen om een object in 3-dimensie te printen, wat een computer-ondersteund ontwerp (CAD) afbeelding is. Het proces heet ook additieve productie.

Het helpt producenten kosten en tijd te besparen en verspeelt geen materialen zoals traditionele productiemethoden (zie meer details van wat is 3D-printen).

• Mode en kleding maken

3D-printers worden gebruikt om nieuwe modetrends te bedenken en kleding te maken. De 3D-printers hebben ontwerpers betaalbaar gemaakt en een enorme reeks nieuwe modetrends gebracht.

3D-technologie wordt gebruikt in de vertering van het textiel tijdens de productie. Op die manier heeft het geleid tot de creatie van nieuwe textiel. Een voorbeeld is kogelvrije, brandbestendige kleding die warmte vasthoudt. Meer ontwikkeling en innovatie gaande in de mode-industrie, met 3D-printers om dingen te proberen.

• 3D-geprinte juwelen en kunst

3D-printers hebben een nieuwe wereld van juwelen en kunst gebracht die er niet was met traditionele juwelen. Het heeft individuele en unieke juwelen gebracht; ook kan men nu een stuk goedkoop aanpassen met 3D-materialen zoals polylactic acid filament (PLA), platina, en goud.

3D-printers die 3D-stukken creëren die vergelijkbaar zijn, is makkelijk en snel, in tegenstelling tot de traditionele handgemaakte en gegoten juwelen, wat te veel werk was. Nu met 3D-technologie zijn er meer printbare materialen die veel verschillende juwelenontwerpen maken.

Met de juwelen 3D-printers kun je stukken creëren uit hars of was op het 3D-model van het ontwerp. Het digitale model kan gemakkelijk bewerkt worden en tot verschillende betere modellen komen. Dit maakt prototypes met 3D-printen goedkoop en extreem comfortabel.

Voor kopers zijn hun ervaringen een notch hoger getild, aangezien ze nu de prototypes van ontwerpen die ze hebben gemaakt of suggesties hebben gedaan kunnen gebruiken om te garanderen dat het is wat ze wilden voordat ze kopen.

Na het bevestigen van het ontwerp, wordt de juwelen 3D-geprint met dezelfde workflow als de traditie, wat resulteert in spectaculaire juwelenstukken. Juwelenstukken gemaakt met de 3D-patronen worden gemaakt met stereolithografie (SLA) 3D-printtechnologie.

Naast juwelen, hebben 3D-printers nieuwe inspiratie gegeven aan kunstenaars. Met metaal 3D-printtechnologie, komen ze met prachtige, unieke stukken. Een voorbeeld van een Nederlandse kunstenaar genaamd Olivier van Herpt creëert keramische vazen met 3D-printers. Ook Gilles Azzarob, een digitale kunstenaar, maakt onzichtbare tot zichtbare 3D-afbeeldingen van stem waar ze de geluidsgolven van de stemmen gebruiken.

• Beeldhouwwerk

Beeldhouwwerk is een ander gebruik van 3D-printers. In het geval je het 3D-fotografische scannensysteem gebruikt, wordt fysiek kunstwerk gecreëerd. Op die manier worden veel nieuwe keuzes voor klanten gecreëerd. 3D-technologie heeft kunstenaars nieuwe creatiekracht gegeven. Zolang ze kunnen verbeelden en ontwerpen, kunnen ze produceren.

Een voorbeeld is een kunstenaar in Nederland genaamd Danny van Ryswyk die 3D-geprinte beeldhouwwerken creëert die gebruikt worden in filmmaking en Tim Burton's personage vertegenwoordigen.

Hoe werkt 3D-printen?

3D-printen is een productie- en prototypingmethode die snel en zeer veelzijdig is. Het is gegroeid en ontwikkeld over de afgelopen decennia, waar verschillende industrieën het wereldwijd hebben aangenomen.

3D-printen, ook additieve productie genoemd, is een deel van productie. De 3D-printtechnieken creëren objecten waar materialen aan een object toegevoegd worden, één laag na de andere.

Het printproces begint met het maken van een grafisch model van de stof die je wilt printen. De grafische ontwerpen worden gemaakt met een softwarepakket bekend als Computer-Aided Design (CAD). Dit deel is het meest arbeidsintensieve van het hele proces. De programma's die in deze fase gebruikt worden, omvatten Fusion360, TinkerCAD, en SketchUp.

Het 3D-printproces begint met het maken van een grafisch model van het object dat geprint moet worden. Deze worden meestal ontworpen met CAD-softwarepakketten, wat het meest arbeidsintensieve deel van het proces kan zijn. Programma's die hiervoor gebruikt worden, omvatten TinkerCAD, Fusion360, en SketchUp.

Als het product compleet is, worden de modellen uitgebreid getest om te garanderen dat er geen defect in de eindproducten zit. Met 3D-printen kun je elk prototype bedenken. Het enige wat limiet is, is je verbeelding.

Met 3D-printen kun je complexe modellen zoals CNC ontwikkelen en ze tegen goedkopere kosten creëren vergeleken met de traditionele.

De volgende stap na het bedenken van een grafisch model is het digitaal slicen van het ontwerp om te printen. Deze fase is belangrijk omdat een 3D-printer 3D-ontwerp niet op dezelfde manier conceptualiseert als wij. In de slicing-fase wordt het model in veel lagen opgebroken. Daarna wordt elke laag naar de printerkop gestuurd voor printen of simpelweg het leggen van de lagen in volgorde.

Programma's zoals CraftWare en Astroprint zijn wat gebruikt worden in het slicing-proces. De slicer-software wordt ook gebruikt om de modellen te vullen om een roosterstructuur in het solide model te creëren, omdat het extra stabiliteit biedt.

Op dit punt printen ze extreem sterke materialen met lage dichtheid door strategisch luchtpockets toe te voegen aan de eindproducten.

De software helpt ook bij het toevoegen van kolommen voor ondersteuning in het geval het model ondersteuning nodig heeft. Dit is omdat plastic niet gelegd kan worden met dunne lucht. Nu zijn de kolommen om de printer in staat te stellen de gaten te bedekken. Daarna worden de kolommen verwijderd. Nadat het slicer-programma zijn werk voltooid heeft, worden de gegevens naar de printer gestuurd.

Nu op dit punt begint het 3D-printerwerk. Het begint het printproces volgend de instructies van het slicer-programma, maar nu met verschillende methoden. De methode die een printer gebruikt, hangt af van het type printer dat je gebruikt.

Een voorbeeld is wanneer de 3D-printtechnologie die gebruikt wordt, vergelijkbaar is met de inktjettechnologie, waar de nozzle heen en weer beweegt, omhoog en omlaag; dan wordt een dik was of plastic gedispenseerd, wat verzilvert en een nieuwe doorsnede van het object vormt.

Aan de andere kant, multi-jet modeling gebruikt veel jets die simultaan werken en snellere modeling verbeteren.

Daarna bindt de printer met de inktjetnozzles waar ze droog poeder aanbrengen, en dan lijm of een binder die samenkomt en geprinte lagen in elk vormt. Om een laag te vormen, moet de binderprinter twee passes maken. De snelle pass legt een dunne poedercoating neer, en dan in de tweede pass geeft de nozzle de binder door. (leer hoe je de 3D-printer nozzle kunt reinigen en onverstopt)

In het fotopolymerisatieproces wordt het vloeibare plastic blootgesteld aan bundels van ultraviolet licht, wat helpt het plastic van vloeibaar naar vast te converteren.

Een andere 3D-technologie die in het printproces gebruikt wordt, is sinteren, wat deeltjes smelt en dan gebruikt om elke opeenvolgende laag te printen. Daarna wordt het op een laser losgelaten om een vlamvertragend van het poeder te smelten. Het gebruikt dan de laser om te verzilvren en de lagen te printen. De sintertechnologie wordt ook gebruikt in het bouwen van metalen objecten.

Dit proces kan uren of dagen duren, afhankelijk van de complexiteit en grootte van het object.

Het eenvoudige proces is als hieronder vermeld, ongeacht welke technologie je gebruikt:

Begin met het produceren van een 3D-model dat je van plan bent te printen met CAD-software.

Converteer dan de CAD-tekening naar standaard tessellatietaal (STL) formaat. Meeste printers gebruiken STL-bestanden, maar sommige anderen gebruiken ZPR en OBJDF.

Overdracht het STL-bestand of elk ander bestand dat je geconverteerd hebt, naar de computer die de 3D-printer stuurt. Op dit punt, wijst je de grootte en de printoriëntatie aan.

Zorg dat de 3D-printer helemaal ingesteld is door alle machines op te zetten. Bijvoorbeeld, je moet polymeren of het materiaal dat je printer gebruikt, binders, en andere verbruiksartikelen die de printer nodig heeft, bijvullen.

Op dit punt, start de machine en wacht tot het proces klaar is. Controleer de machine regelmatig om ervoor te zorgen dat er geen fout is tijdens het proces.

Zodra het printen compleet is, haal het geprintte object uit de printer.

Daarna is het post-processing, zoals het afborstelen van het poeder en wassen om wateroplosbaar materiaal van 3D-printtools te verwijderen.

Typen 3D-printtechnologieën en processen

Er zijn verschillende typen 3D-printtechnologieën en processen die in 3D-printen gebruikt worden. Hieronder zijn de typen technologie en hoe ze werken.

1. Stereolithografie (SLA)

SLA-technologie is het oorspronkelijke industriële 3D-printproces. Het is perfect voor het produceren van 3D-modelonderdelen die gedetailleerd zijn, gladde oppervlakken hebben, en een hoge tolerantie.

Met SLA, het afwerkt oppervlakken om er mooi uit te zien en helpt in de onderdelen functie door te testen hoe het past na monteren. Een voorbeeld is perfect in de medische industrie, aangezien het toegepast wordt in anatomische modellen. Voor SLA-onderdelen gebruikt het 3D-systeem Viper, iPros, en ProJets.

2. Selective Laser Sintering (SLS)

De SLS werkt door nylonpoeder te smelten in vast plastic. De SLS-onderdelen zijn van thermoplastische materialen, wat ze duurzaam maakt, en het beste kan zijn voor het testen van functionele en levende scharnieren en snap fits. Het nadeel is dat hun oppervlak ruwer is vergeleken met SL. Aangezien de onderdelen sterk zijn, vereisen ze geen ondersteuning.

Het build-platform wordt gebruikt om veel verschillende onderdelen in een enkele build te ondersteunen. Meeste SLS-onderdelen worden gebruikt als prototypemodellen die op een gegeven moment injectiegegoten zullen worden.

3. PolyJet 3D-printer

PolyJet is een ander 3D-printproces dat een twist heeft. Het kan onderdelen fabriceren die verschillende en veel eigenschappen, materialen, en kleuren hebben.

Ontwerpers gebruiken PolyJet voor prototyping van elastomere of in gevallen waar ze een onderdeel over-molden. In het geval het ontwerp enkel en plastic rigide is, dan zijn andere technologieën zoals SL of SLS beter, omdat ze economischer zijn vergeleken met PolyJet. Dit leidt tot een verlaging van prijzen in goederen.

Het PolyJet-proces is het beste voor over-molding en siliconen rubbermodellen. De technologie helpt je om te besparen op de vroege tooling die in de ontwikkelcyclus gebeurt. Je kunt itereren en het ontwerp snel valideren.

4. Digital Light Processing (DLP)

De DLP-printtechnologie is bijna vergelijkbaar met de SLA. Het verschil tussen de twee is dat DLP een digitale lichtprojector gebruikt om te helpen een enkele afbeelding in elke laag tegelijkertijd te flitsen; met andere woorden, het heeft meerdere flitsen voor de grotere onderdelen.

De projector is een digitaal scherm, en de afbeeldingen van elke laag zijn gemaakt van vierkante pixels, wat een laag vormt van de kleine rechthoekige blokken genaamd voxels.

Ook, vergeleken met SLA, is de DLP-technologie veel sneller in printtijd. Dit is door de functie waar de lagen simultaan blootgesteld worden, in tegenstelling tot waar de doorsnedegebied getraceerd wordt met het laserpunt.

Het licht wordt geprojecteerd op de hars met het LED-scherm of het ultraviolet licht dat gericht is op het oppervlak door het Digital Micromirror Device (DMD). De DMD is verantwoordelijk voor het controleren van waar het licht geprojecteerd wordt door een lichtpatroon op het oppervlak te leveren.

5. De Metaal 3D-print reeks bij Proto Labs

Deze technologie gebruikt het laserconcept Mlab en de M2-machines op metalen 3D-geprinte onderdelen.

6. Multi Jet Fusion (MJF)

Het is vergelijkbaar met de SLS; de functionele onderdelen zijn ook gebouwd van nylonpoeder. Maar het verschil is voor multi-jet fusion (MJF), in plaats van de laser te gebruiken om het nylonpoeder te sinteren, gebruikt het een inktjetarray die een smeltmiddel op het poederbed aanbrengt. Daarna wordt een verhitselement over het bed gepasseerd, en het smelt elke laag.

Met deze methode is het resultaat consistente mechanische eigenschappen vergeleken met SLS, en het oppervlak is beter afgewerkt. Het proces versnelt ook de bouwtijd, wat helpt de productiekosten te verlagen.

7. Fused Deposition Modeling (FDM)

De FDM-technologie is een desktop 3D-printtechnologie gebruikt voor plastic onderdelen. Het functioneert door een plastic filament laag voor laag op het build-platform te extruderen. De technologie is een kostenefficiënte en snelle methode in het produceren van fysieke ontwerpen.

Het kan gebruikt worden om functionaliteit te testen, maar moet vermeden worden omdat de onderdelen een beetje ruw aan het oppervlak zijn en niet zo sterk.

8. Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

De metaal 3D-printer brengt nieuwe mogelijkheden voor metaalonderdeelmodellen. Het proces dat bij Protolab op de 3D-printmetalen gebruikt wordt, is Direct Metal Laser Sintering (DMLS). De technologie wordt gebruikt om metaal en meerdere onderdelenmontages te reduceren tot enkele onderdelen of een veel lichter onderdeel met interne kanalen.

DMLS is toepasbaar in prototyping en productie, aangezien de onderdelen zo dicht zijn als die geproduceerd met traditionele productieprocessen.

9. Electron Beam Melting (EBM)

EBM is een metaal 3D-printtechnologie die elektrische bundels gebruikt die gecontroleerd worden door de elektromagnetische spoel die het poeder smelt. Het bed wordt opgewarmd en is in vacuümconditie in de bouwperiode. Het gebruikte materiaal bepaalt de temperatuur die gebruikt wordt om het materiaal te verwarmen.

Conclusie

3D-printen heeft meer mogelijkheden gebracht in veel industrieën en bedrijven. Naast dat, heeft het de productiekosten verlaagd. 3D-printen wordt in bijna alle industrieën gebruikt, zoals in dit artikel te zien is. Het heeft met name de medische industrieën geholpen, aangezien men lichaamscellen en andere organen kan creëren.