Polycarbonaat 3D-printen uitgelegd:definitie, voordelen, toepassingen en hoe het werkt

Polycarbonaat is een plastic dat – meer specifiek – onder de categorie thermoplastisch valt, wat betekent dat het behoorlijk fantastisch is om keer op keer te smelten en uit te harden. Interessant genoeg zorgt dit voor een materiaal dat goed is uitgerust om het 3D-printproces te doorlopen. En dat niet alleen, het staat erom bekend dat het duurzaam is en een behoorlijke hittetolerantie en chemische bestendigheid heeft. 

Als polycarbonaat uw aandacht heeft getrokken als potentiële kandidaat voor welk soort producten u ook maakt met additieve productie, hebben we hieronder een nuttige uitleg gemaakt waarin precies wordt uitgelegd wat dit proces inhoudt en wat de voordelen (en beperkingen) ervan zijn.

Wat is 3D-printen op polycarbonaat?

Polycarbonaat, of kortweg PC, is het materiaal dat in deze printstijl wordt gebruikt, en het is meestal een goede keuze voor printsystemen voor Fused Deposition Modeling (FDM), waarbij het materiaal in lagen wordt opgebouwd om verschillende lagen op te bouwen totdat je vorm klaar is.

De reden waarom polycarbonaat zijn plek heeft verdiend in de wereld van 3D-printen is vanwege de nuttige eigenschappen die het gemakkelijk maken om mee te werken en functioneel zijn zodra het 3D-object is afgedrukt. Het heeft een treksterkte van 70 MPa en een vloeigrens van 63 MPa – wat, voor de context, veel hoger is dan beton. Het behoudt ook zijn structurele integriteit bij hoge temperaturen (tot 150 ℃). Het is begrijpelijk dat deze indrukwekkende prestaties het tot een hoofdbestanddeel van veel industrieën hebben gemaakt, waaronder de lucht- en ruimtevaart- en medische sector, maar we zullen later op de toepassingen ingaan.

Hoe wordt 3D-printen op polycarbonaat ook wel genoemd?

3D-printen op polycarbonaat wordt ook wel PC 3D-printen of PC-filament 3D-printen genoemd.

Wat is het doel van 3D-printen op polycarbonaat in de productie?

Het doel van 3D-printen op polycarbonaat bij de productie is om de uitzonderlijke mechanische eigenschappen en thermische stabiliteit van PC te benutten door middel van additieve productietechnieken. Met 3D-printen op polycarbonaat kunnen ingewikkelde geometrieën en complexe interne structuren worden gecreëerd die met traditionele productiemethoden lastig of onmogelijk te realiseren zijn. Dit is vooral waardevol voor het produceren van componenten met interne kanalen, roosterstructuren of ingewikkelde ontwerpen die specifieke functies dienen. Bovendien maakt het additieve karakter van 3D-printen snelle aanpassingen en de productie van kleine batches mogelijk zonder noemenswaardige opstartkosten. Ten slotte maakt 3D-printen via pc een snelle iteratie van ontwerpen mogelijk met hetzelfde materiaal dat voor het eindproduct zal worden gebruikt. Dit helpt bij het verfijnen van ontwerpen en het beoordelen van de prestaties zonder dat er tussen verschillende materialen en productietechnieken hoeft te worden gewisseld.

Welke industrieën gebruiken 3D-printen op polycarbonaat?

Polycarbonaat vindt toepassing in een breed scala aan industrieën. De belangrijkste industrieën die polycarbonaat gebruiken zijn onder meer:​​lucht- en ruimtevaart, automobielindustrie, consumptiegoederen, elektrische apparaten en elektronica, en medische apparaten. Polycarbonaat blijkt bijvoorbeeld een geschikte keuze te zijn voor toepassingen binnen de elektrische en automobielsector vanwege zijn opmerkelijke vlamvertraging, hittebestendigheid, lichte gewicht en isolerende eigenschappen. Deze toepassingen omvatten elektrische behuizingen, verlichtingsarmaturen en zelfs koplampen in voertuigen. De transparante en breukvaste aard van polycarbonaat maakt het ook uitstekend geschikt voor beschermende uitrusting. Dit is vooral belangrijk in de veiligheids- en bouwsector, waar het wordt gebruikt in veiligheidsbrillen en raammaterialen.

Hoe werkt 3D-printen op polycarbonaat?

Als je nieuwsgierig bent naar wat het 3D-printproces van polycarbonaat inhoudt, hebben we hieronder een algemene stap voor stap uiteengezet.

1. Om te beginnen moet je het 3D-model dat je wilt afdrukken ontwerpen met een computerondersteund softwareprogramma. Dit is wat de printer als instructies zal gebruiken, zodat hij precies de gewenste afmetingen, details en vorm kan afdrukken. 
2. Dan begint de voorbewerking, waarbij het model wordt geschaald, georiënteerd en gepositioneerd en met behulp van een printer wordt verzekerd dat het correct is en gereed is om te worden gematerialiseerd.
3. Vervolgens moet u de printer programmeren en voorbereiden op de komende taak. Dit kan een verscheidenheid aan verschillende taken en klussen met zich meebrengen, waaronder het waterpas stellen van het printbed, het reinigen van de spuitmond en het instellen van de juiste parameters. Door dit te doen, zorg je ervoor dat de print er goed uitkomt en niet kromtrekt op het printbed, iets waarvan bekend is dat polycarbonaat dit wel doet.
4. Zodra deze stappen zijn voltooid, kan het afdrukken eindelijk beginnen. De spuitmond of extruder verwarmt het polycarbonaatfilament binnenin en vervolgens, in navolging van uw 3D-model, begint het rond het printbed te bewegen, waarbij lagen van de gesmolten pc worden afgezet, die samensmelten en uw build creëren.
5. De laatste stap heeft te maken met nabewerking en afwerking, maar hangt af van het specifieke product dat wordt bedrukt en hoeveel schoonmaken, schuren en schilderen nodig is. Hoe groter en complexer de build, hoe langer het kan duren om een print volledig af te werken.

Op de onderstaande afbeelding ziet u een voorbeeld van ons Xometry-logo dat in 3D is geprint met polycarbonaat.

Wat is het stapsgewijze proces voor 3D-printen op polycarbonaat?

3D-printen op polycarbonaat omvat doorgaans verschillende belangrijke stappen:

1. Ontwerp

Het proces begint met het maken van een digitaal 3D-model van het gewenste object met behulp van computerondersteunde ontwerpsoftware (CAD). Dit model dient als blauwdruk voor het daaropvolgende drukproces en definieert de vorm, afmetingen en interne structuren van het object. Het 3D-model wordt vervolgens met behulp van slicingsoftware in dunne horizontale lagen verdeeld. De specificaties van elke laag worden gegenereerd, inclusief het pad dat de spuitmond van de printer zal volgen om het materiaal nauwkeurig af te zetten.

2. Voorbewerking

Zodra het ontwerp voltooid is, wordt het 3D-model gereedgemaakt voor afdrukken. Dit omvat taken zoals het schalen, oriënteren en positioneren van het model binnen het bouwvolume. Bovendien kunnen ondersteunende structuren worden gegenereerd om stabiliteit te bieden voor overhangen en ingewikkelde kenmerken tijdens het afdrukken.

3. Printerinstellingen

Voordat u gaat printen, moet de 3D-printer worden gekalibreerd en voorbereid. Dit omvat een reeks essentiële stappen om optimale printomstandigheden te garanderen. Ten eerste is het van cruciaal belang om te bevestigen dat het printbed perfect waterpas is. Deze stap is vooral van cruciaal belang bij het werken met materialen die gevoelig kunnen zijn voor bedhechting, zoals polycarbonaat. De neiging van polycarbonaat om te kromtrekken tijdens het printen kan leiden tot problemen bij het handhaven van een consistente laaghechting.

Naast het nivelleren van het bed is het belangrijk om ervoor te zorgen dat de spuitmond schoon is en vrij van resten die het extrusieproces kunnen beïnvloeden. Goed onderhoud van de spuitmondjes is essentieel voor het verkrijgen van nauwkeurige afdrukken van hoge kwaliteit. Bovendien is het selecteren van de juiste printparameters essentieel. Met name voor polycarbonaat zijn nauwkeurige temperatuurinstellingen cruciaal voor zowel de extruder als de bouwkamer. De relatief hoge glasovergangstemperatuur van polycarbonaat vereist een zorgvuldig temperatuurbeheer om kromtrekken te voorkomen en een goede laaghechting te garanderen.

4. Afdrukken

Het daadwerkelijke printproces begint met het verwarmen van de polycarbonaatfilament door de extruder of het mondstuk van de 3D-printer tot het smeltpunt. Het mondstuk beweegt vervolgens naar de printposities die zijn gedefinieerd door de machine-instructies, waarbij het gesmolten materiaal laag voor laag op het printbed wordt afgezet. Terwijl elke laag wordt afgezet, versmelt het gesmolten polycarbonaat met de eerder afgezette lagen, waardoor er een sterke band daartussen ontstaat. Deze laag-voor-laag aanpak leidt tot de geleidelijke opbouw van het uiteindelijke object.

Zodra alle lagen zijn afgedrukt, mag het object volledig afkoelen en stollen. Dit kan verschillende hoeveelheden tijd in beslag nemen, afhankelijk van de complexiteit en de grootte van de afdruk. Er kunnen aanvullende mechanismen worden gebruikt om de temperatuur te regelen, waaronder het gebruik van ventilatoren of zelfs een verwarmde bouwkamer, om de ideale printomstandigheden te handhaven.

5. Nabewerking

Zodra het afdrukken en afkoelen voltooid zijn, wordt het object van de bouwplaat verwijderd. Nabewerking kan bestaan ​​uit het verwijderen van overtollig ondersteuningsmateriaal, het reinigen van het onderdeel en het aanpakken van eventuele onvolkomenheden op het oppervlak. Dit zal afhangen van de complexiteit van het ontwerp en de aanwezigheid van draagconstructies.

6. Afwerking

Om de gewenste uitstraling en functionaliteit te bereiken kunnen afwerkingsstappen nodig zijn. Dit kan bestaan uit het schuren van gladde oppervlakken, schilderen of coaten voor de esthetiek, en het toevoegen van eventuele benodigde montagecomponenten.

Wat zijn de materialen die kunnen worden gebruikt bij 3D-printen op polycarbonaat?

Je kunt natuurlijk gewoon gewoon polycarbonaat gebruiken voor 3D-printen, maar er zijn een paar andere mengsels die handig kunnen zijn om te weten, omdat ze verschillende eigenschappen bieden. 

1. Polycarbonaat

Deze pure vorm van pc is een topkeuze vanwege hoe sterk het is en hoeveel weerstand het biedt tegen hitte, schokken en slijtage. 

2. Mengsels van polycarbonaat/ABS

Acrylonitril-butadieen-styreen (of ABS) is een ander populair filament voor 3D-printen, maar je kunt het ook gemengd met polycarbonaat vinden. Het resultaat is een bedrukbaar materiaal dat niet te duur is en toch behoorlijk sterk is.

3. Composieten van polycarbonaat/koolstofvezel

Als je van de hittebestendigheid van PC houdt, maar op zoek bent naar iets meer sterkte en stijfheid, dan wil je dit filament overwegen, dat de thermoplastische eigenschappen van polycarbonaat combineert met die van koolstofvezelcomposieten. 

4. Polycarbonaat/brandvertragende mengsels

In gevallen waarin u wordt blootgesteld aan vlammen, vuur of extreme hitte, heeft u mogelijk meer hittebestendigheid nodig dan normaal en een materiaal dat niet in vlammen opgaat. Het beste filament daarvoor is een polycarbonaat dat is versterkt met behulp van brandvertragende additieven. 

5. Mengsels van polycarbonaat/polyethyleenglycol

Kromtrekken kan een probleem zijn bij polycarbonaat, maar om dit te voorkomen kun je een filament gebruiken dat een mengsel van PC en PEG bevat. De meest voorkomende gebruiksscenario's zijn ontwerpen met ingewikkelde details of geometrieën die waarschijnlijk misvormd raken. 

Onze eigen Colton Bamford, een Additive Production Manager hier bij Xometry, zei:"Bij het kiezen van polycarbonaatmaterialen voor 3D-printen concentreer ik me op verschillende factoren. Ten eerste maakt de hoge slagsterkte en duurzaamheid het ideaal voor het maken van gereedschappen en het maken van functionele prototypes. Dimensionale stabiliteit zorgt ervoor dat de geprinte onderdelen hun vorm en precisie behouden, wat cruciaal is voor het vervaardigen van gereedschappen. Hittebestendigheid en druksterkte zijn belangrijk voor toepassingen zoals het vormen van metaalvormen of het valideren van gereedschapsontwerpen vóór volledige productie. Ten slotte is er de kosteneffectiviteit van polycarbonaat maakt het in vergelijking met andere hoogwaardige materialen een praktische keuze voor onderdelen voor eindgebruik in kleine volumes."

Hoe lang duurt het voordat het 3D-printen op polycarbonaat klaar is?

De tijd die nodig is om een 3D-printproject van polycarbonaat te voltooien, kan aanzienlijk variëren, afhankelijk van een aantal factoren, waaronder:de grootte en complexiteit van het object dat wordt geprint, de laaghoogte, de printsnelheid, de dichtheid van de vulling, de gebruikte 3D-printer en de unieke vereisten van het materiaal. Als algemene richtlijn kunnen kleinere en minder complexe objecten binnen een paar uur worden voltooid, terwijl grotere en ingewikkeldere ontwerpen enkele dagen kunnen duren. Veel slicing-softwaretools bieden gebruikers een ruwe schatting van de "time to print" op basis van de gekozen instellingen, hoewel deze schatting eerder als een benadering dan als een absolute zekerheid moet worden beschouwd.

Hoeveel kost 3D-printen op polycarbonaat?

De kosten van 3D-printen op polycarbonaat worden beïnvloed door een reeks variabelen, waardoor de kosten behoorlijk variabel zijn. Het printfilament is een belangrijk onderdeel van de totale kosten. Polycarbonaatfilament is duur in vergelijking met andere 3D-printmaterialen. U kunt verwachten dat u ongeveer €30-€60 per spoel pc-filament betaalt. De arbeidskosten omvatten taken zoals het instellen van de printer, nabewerking en probleemoplossing. Extra kosten vloeien voort uit software en ontwerptools, maar ook uit afwerkingsstappen zoals schuren, schilderen of het aanbrengen van coatings.

Gezien al deze factoren is het een uitdaging om de exacte kosten voor 3D-printen op polycarbonaat vast te stellen zonder specifieke projectdetails. Voor een uitgebreide kostenanalyse moet rekening worden gehouden met printeronderhoud, energieverbruik, arbeid en aanvullende processen.

Is 3D-printen op polycarbonaat duur in vergelijking met spuitgieten?

Het hangt ervan af. 3D-printen op polycarbonaat kan kosteneffectiever zijn voor productieruns met kleine volumes, prototypes en complexe ontwerpen. Het is voordelig vanwege de ontwerpflexibiliteit en de snelle prototypingmogelijkheden. Spuitgieten is daarentegen geschikter voor productie in grote volumes vanwege de lagere materiaalkosten voor bulkmaterialen en de efficiëntie van batchverwerking.

Wat zijn de voordelen van 3D-printen op polycarbonaat?

Naast zijn uitmuntende mechanische eigenschappen biedt polycarbonaat nog een aantal andere redenen waarom het zo’n goed materiaal is om in 3D te printen:

• PC-producten kunnen worden gemaakt met een helderheid en transparantie die veel andere filamenten niet kunnen bieden. 
• Het is geweldig als het wordt blootgesteld aan hoge temperaturen, chemicaliën, oliën en oplosmiddelen.
• Polycarbonaat is een nuttige elektrische isolator. 
• Vergeleken met andere materialen is polycarbonaat vrij licht van gewicht.
• Je kunt de pc ook recyclen.

Wat zijn de nadelen van 3D-printen op polycarbonaat?

Er zijn ook enkele minpunten bij het werken met polycarbonaat:

• Het kan hogere kosten met zich meebrengen dan andere filamenten (maar mengsels zoals PC/ABS kunnen goedkoper zijn).
• Polycarbonaat heeft de neiging vocht uit de omgeving op te nemen, dus het moet op de juiste manier worden bewaard.
• Vanwege de hittebestendigheid moet polycarbonaat worden gebruikt in een printer die temperaturen van minimaal 290 ℃ kan bereiken, zodat het met succes kan smelten en naar buiten kan stromen.
• Polycarbonaat heeft de neiging meer te kromtrekken dan andere materialen, en zonder goede temperatuurbeheersing hecht het mogelijk niet zo goed aan het printbed.
• Veel polycarbonaatmaterialen bevatten BPA, dat kan vrijkomen tijdens het printen. Zorg er dus voor dat u beschermende uitrusting zoals maskers draagt en in een goed geventileerde ruimte werkt.

Wat zijn voorbeelden van 3D-printproducten van polycarbonaat?

Er zijn zoveel toepassingen voor 3D-geprinte producten van polycarbonaat, vandaar dat de lucht- en ruimtevaart-, automobiel-, medische, consumenten- en elektronische industrie ze allemaal gebruiken. We hebben een paar voorbeelden opgesomd van artikelen die op deze manier kunnen worden geproduceerd:

• Verlichtingsarmaturen
• Voertuigkoplampen
• Veiligheidsbril
• Vensters
• Karabijnhaken 
• Fietshelmen
• Lenzen voor brillen
• Chirurgische handleidingen

Veelgestelde vragen over 3D-printen op polycarbonaat

Wat is de levensduur van 3D-printproducten van polycarbonaat?

Polycarbonaat heeft naar verwachting een levensduur van gemiddeld 15 jaar, afhankelijk van opslag en gebruik. De verwachting is dat het aanzienlijk langer meegaat dan bijvoorbeeld 3D-geprinte PLA-producten (polymelkzuur). PC vertoont een opmerkelijke weerstand tegen het absorberen van vocht uit de omgeving. Dit kenmerk helpt de stabiliteit en prestaties van 3D-geprinte pc-producten gedurende langere perioden te behouden. PC vertoont ook een uitzonderlijke UV-bestendigheid. Als gevolg hiervan wordt verwacht dat 3D-geprinte PC-producten aanzienlijk langer meegaan, waardoor ze een betrouwbaardere keuze worden voor toepassingen die duurzaamheid en weerstand tegen omgevingsfactoren vereisen.

Zijn 3D-printproducten van polycarbonaat duurzaam?

Ja. 3D-geprinte producten van polycarbonaat zijn duurzaam. Ze staan bekend om hun treksterkte, hittebestendigheid, slagvastheid en schok- en krasbestendigheid.

Wat zijn de belangrijkste verschillen tussen traditionele snijmethoden van polycarbonaat en 3D-geprint polycarbonaat?

Traditioneel polycarbonaat en 3D-geprint polycarbonaat vertonen duidelijke verschillen in eigenschappen die voortvloeien uit hun productiemethoden. Deze verschillen leiden tot verschillen in de toepassingen waarvoor ze kunnen worden gebruikt. Bij de traditionele productie van polycarbonaat omvatten methoden zoals spuitgieten en extrusie het vormgeven van gesmolten polycarbonaathars met behulp van mallen of matrijzen. Dit resulteert in een materiaal met een uniforme dichtheid en consistente mechanische eigenschappen, bekend als isotrope eigenschappen, die consistent blijven in alle richtingen.

3D-geprint polycarbonaat daarentegen wordt gegenereerd door middel van additieve productie. Gesmolten polycarbonaatfilament wordt gelaagd om het uiteindelijke object te construeren. Deze techniek introduceert anisotrope eigenschappen, wat betekent dat de eigenschappen van het materiaal langs verschillende assen van het object kunnen variëren als gevolg van de gelaagde structuur en laaghechting. Terwijl een traditioneel polycarbonaatonderdeel consistente sterkte en duurzaamheid in alle richtingen biedt, kunnen de mechanische eigenschappen van de 3D-geprinte tegenhanger verschillen op basis van de kwaliteit van de laaghechting, de complexiteit van het ontwerp en de printparameters. Deze variatie in anisotrope eigenschappen onderstreept het belang van het begrijpen van de directionele kenmerken van 3D-geprint polycarbonaat bij het overwegen van de geschiktheid ervan voor specifieke toepassingen.

Traditionele methoden vereisen ook mallen en gereedschappen, waardoor maatwerk en kosteneffectiviteit voor kleine oplages worden beperkt, terwijl 3D-printen gepersonaliseerde ontwerpen en snelle prototyping mogelijk maakt.

Raadpleeg onze volledige gids over het snijden van polycarbonaat voor meer informatie.

Wat is het verschil tussen 3D-printen op polycarbonaat en 3D-printen?

Polycarbonaat 3D-printen is een specifieke subset van 3D-printen. Het maakt gebruik van polycarbonaat als grondstof, terwijl algemeen 3D-printen kan worden uitgevoerd met elk printbaar materiaal.

Polycarbonaat 3D-printen wordt normaal gesproken uitgevoerd met behulp van de fused deposition-methode. Bij dit proces wordt polycarbonaatfilament gesmolten en gelaagd om driedimensionale objecten te construeren. Aan de andere kant omvat algemeen 3D-printen, ook wel additive manufacturing genoemd, een breder spectrum aan materialen en technieken. Dergelijke technieken omvatten:digitale lichtverwerking (DLP), direct metaallasersinteren/selectief lasersmelten (DMLS/SLM), elektronenbundelsmelten (EBM), fused deposition modeling/fused filament fabricage (FDM/FFF), materiaaljetting, binderjetting, stereolithografie (SLA) en selectieve lasersintering (SLS). 

Hoewel polycarbonaat in dit bredere landschap een materiaalkeuze blijft, deelt het de ruimte met andere thermoplastische materialen zoals PLA en ABS, evenals met metalen zoals aluminium en titanium. De materiaalkeuze hangt af van de beoogde functionaliteit van het object en de gekozen printmethode. Bovendien is 3D-printen een overkoepelende term die wordt gebruikt om een ​​breed scala aan verschillende methoden te beschrijven waarmee 3D-producten worden ‘geprint’. 

Kat de Naoum

Kat de Naoum is een schrijver, auteur, redacteur en contentspecialist uit Groot-Brittannië met meer dan 20 jaar schrijfervaring. Kat heeft ervaring met schrijven voor verschillende productie- en technische organisaties en houdt van de wereld van engineering. Naast schrijven was Kat bijna tien jaar juridisch medewerker, waarvan zeven jaar in de scheepsfinanciering. Ze heeft voor veel publicaties geschreven, zowel print als online. Kat heeft een BA in Engelse literatuur en filosofie, en een MA in creatief schrijven aan de Kingston University.

Lees meer artikelen van Kat de Naoum