3D printing is het proces om een digitaal bestand om te zetten in een driedimensionaal tastbaar object.
Het creëren van een 3D-geprint object wordt bereikt met behulp van zoals we dit noemen "additieve technologie". In een additief proces wordt een object gecreëerd door het plaatsen van opeenvolgende lagen van filament totdat het object is gecreëerd. Elk van deze lagen kan worden gezien als een dun gesneden horizontale dwarsdoorsnede van het uiteindelijke object.
Hoe werkt 3D printing?
Het begint allemaal met het maken van een virtuele ontwerp van het object dat u wilt maken. Dit virtuele ontwerp is bijvoorbeeld een CAD (Computer Aided Design) bestand. Dit CAD-bestand worden gemaakt met behulp van een 3D-modellering software of met een 3D-scanner (om een bestaand object te kopiëren). Een 3D scanner kan een 3D digitale kopie van een object maken.
Toepassen van 3D-scanners
3D-scanners maken gebruik van verschillende technologieën om een 3D-model te genereren. Door een scanner te gebruiken kan een object als het ware gekopieerd worden naar een digitaal bestand. Iedere scanner wordt geleverd met bijhorende software waarmee de scan kan worden gevolgd op het scherm van een computer.
Er zijn verschillende 3d scanners voor verschillende doeleinden. Een van deze modellen kan een klein model scannen vanaf een draaiend platform. Dit platform blijft draaien tot het object volledig is gescand. Een andere mogelijkheid is een handheld scanner, waarmee je een object kan scannen met complexe vormen of bijvoorbeeld grote objecten. Ook een mogelijk is om te scannen in kleur. Wanneer de scan is voltooid kan deze worden opgeslagen als Obj. of STL. bestand. Met deze bestanden kan je meteen beginnen met printen of verder aanpassen vanuit een 3d-modelling software.
3D-modelling software
3D modeleer software komt in vele vormen. Er worden industriële software's aangeboden die duizenden euro's per jaar per licentie kosten, maar ook gratis open source software, zoals bijvoorbeeld Blender. Als je als beginner net komt kijken wordt je overweldigd met de hoeveelheid keuzes, daarom raden wij aan om te beginnen met Tinkercad. Tinkercad heeft een gratis versie en werkt in browsers die WebGL ondersteund, bijvoorbeeld Google Chrome. Ze leren beginners stap voor stap om een object te creëren tot een bestand die je vervolgens kan 3d printen of laten 3d printen.
Van 3D-model naar 3D-print
Je moet een 3D-model voorbewerken alvorens deze kan worden geprint. Dit voorbewerken wordt Slicing genoemd. Slicing verdeelt een 3D-model in honderden of duizenden horizontale lagen en kan enkel worden gedaan door middel van slicing software. Hierin kunt u ook de instellingen van de print bepalen, denk hierbij aan print snelheid, resolutie, invulling van de print, print support etc. Iedere printer wordt standaard geleverd met zijn bijhorende software.
Wanneer een 3D-model is gesliced, bent u klaar om deze in te laden in uw 3D-printer. Dit kan gedaan worden via USB, SD of wifi. Dit hangt af van welk merk en type 3D-printer je hebt.
Wanneer het bestand is geüpload in de 3D-printer wordt het object laag voor laag geprint tot hieruit een 3d geprint object voortvloeit.
Verschillen in processen en technologieën tussen FDM en SLA printers
Niet alle 3D-printers maken gebruik van dezelfde technologie. Er zijn verschillende manieren van printen maar in de basis werkt iedere printer door het opbouwen van lagen tot het uiteindelijke object.
-Fused Deposition Modeling (FDM) is de meest voorkomende techniek, door middel van het materiaal (filament) te smelten en vervolgens weer te laten uitharden een 3d print object produceert. Deze printers passen gemakkelijk op uw desktop en is de meest populaire en gebruiksvriendelijke soort 3d printer. Denk hierbij aan de Ultimaker, Zortrax, BCN3D, Felix en de TripodMaker.
-Stereolithografie (SLA) is een andere methode die werkt volgens het uitharden van reactieve harsen door in de meeste gevallen een UV-laser. De objecten uit een SLA printer worden vaak toegepast in de medische industrie. De meest toonaangevende SLA printers van dit moment zijn de Form series van Formlabs.
Hieronder gaan we dieper in op de uitleg van de werking van beide printers.
Fused Deposition Modeling (FDM)
FDM technologie werkt met een in meeste gevallen kunststof filament dat wordt afgewikkeld van een spoel en wordt doorgevoerd via een tube naar een extrusie printkop. In de printkop zit een mondstuk (nozzle) die wordt verwarmd tot ± 220 graden om vervolgens het materiaal te smelten en deze neer te leggen op het printbed zoals voorgeprogrammeerd in het printbestand (Gcode). De printkop kan zowel in horizontale als verticale richting worden bewogen, door aansturing van een numeriek bestuurde mechanisme. Deze wordt aangestuurd door een computerondersteunde fabricage (CAM) software. Het voorwerp wordt geproduceerd door gesmolten materiaal welke lagen vormen als het onmiddellijk verhardt na het verlaten van de extrusie nozzle. Deze technologie wordt het meest gebruikt met twee kunststof filament materiaalsoorten: ABS (acrylonitril butadieen styreen) en PLA (polymelkzuur). Er zijn vele andere materialen beschikbaar, variërend in eigenschappen van hout tot koper, flexibel, nylon, PVE, CPE en zelfs geleidende materialen.
Stereolithografie (SLA)
Stereolithografie (SLA) technologie maakt gebruik van een vat met fotopolymeer hars die uithard bij aanraking met ultraviolet licht. Een ultraviolette laser gaat over de het patroon van een dwarsdoorsnede van een slide (laag) met als gevolg dat deze uithard. Vervolgens wordt de print lichtjes opgetild waardoor de hars weer verveeld onder de print en zo herhaalt het proces zich voor elke laag. De volledige driedimensionaal object wordt gevormd door dit project. Stereolithografie vereist het gebruik van ondersteunende structuren die dienen om het onderdeel aan het liftplatform te bevestigen en om het object te houden omdat het hangt boven een bassin gevuld met vloeibare hars. Deze worden handmatig verwijderd nadat het object is voltooid. Wanneer de print klaar dient deze te worden schoon gereinigd en wordt de print onder een UV lamp of in het buitenlicht gelegd om uit te harden.
Voorbeelden & toepassingen van 3D printen
Toepassingen zijn onder andere voor rapid prototyping, architectonische maquettes, gezondheidszorg (3D geprint protheses en 3D-printen met menselijk weefsel), Jigs & Fixtures, Onderwijs en entertainment (bijv filmsteunen) en nog vele andere toepassingen.
Andere voorbeelden van 3D printen zou omvatten reconstrueren fossielen in paleontologie, repliceren van oude artefacten in de archeologie, de reconstructie van botten en lichaamsdelen in de forensische pathologie en het reconstrueren van zwaar beschadigde bewijs verkregen van delict onderzoeken.
3D printing industrie
De wereldwijde 3D printing industrie zal naar verwachting groeien van $ 3.07 miljard van de omzet in 2013 tot $ 12.8 miljard in 2018, en meer dan $ 21B in de wereldwijde omzet in 2020. Zoals het zich ontwikkelt, is 3D-print technologie voorbestemd om bijna elke grote industrie te transformeren en zal de manier waarop wij nu leven drastisch gaan veranderen. 3d printing wordt niet voor niets de 3de industriële revolutie genoemd!
Medische industrie en Tandheelkunde
De vooruitzichten voor medisch gebruik van 3D printen evolueert op een zeer snel tempo omdat steeds meer specialist beginnen met 3D printen en op steeds geavanceerdere manieren in te zetten. Patiënten over de hele wereld ervaren een betere kwaliteit van de zorg door middel van 3D geprint implantaten en prothesen die voorheen simpelweg onmogelijk waren om te produceren.
Bio-printing
Vanaf begin 21e eeuw wordt 3D print technologie bestudeerd door biotechbedrijven en de academische wereld voor eventueel gebruik in weefselmanipulatie toepassingen van organen en lichaamsdelen die zijn gebouwd met inkjet technieken. Lagen van levende stamcellen afgezet op een gel toepassing die langzaam wordt opgebouwd tot driedimensionale structuren. We verwijzen naar dit gebied van onderzoek met de term: bio-printing.
Ruimtevaart & luchtvaart industrie
De groei in het gebruik van 3D printen in de ruimtevaart- en luchtvaartindustrie kan, voor een groot deel worden afgeleid uit de ontwikkelingen in de industrie metaal print technologie.
NASA bijvoorbeeld print straalmotor verbrandingskamer onderdelen met behulp van laser 3d printers en vanaf maart 2015 heeft de General Electrics Luchtvaart afdeling de eerste 3D geprint straalmotor onderdelen de lucht in gelaten: een laser gesinterde behuizing voor een compressor inlaat met temperatuursensor.
Industrieel 3D Printing
De laatste paar jaren is de term 3D printing erg bekend geworden en heeft de technologie een breder publiek bereikt. Toch zijn er veel mensen die wel eens gehoord hebben van de term 3d printing, maar toch niet weten waar deze voor wordt toegepast. De technologie wordt al decennia lang toegepast binnen verschillende industriële bedrijven. Vooral fabrikanten maken al een lange tijd gebruikt van deze techniek en dit bespaard hen aanzienlijk in tijd en ontwikkelingskosten. Door de toepassing van 3d printing wordt het R&D proces aanzienlijk verkort en wordt veel geld bespaard op de ontwikkeling kosten. Het toepassen van 3D-printers in dit proces noemen we rapid prototyping .
Waarom 3d printing?
Waarom gebruik maken van 3D-printers zou u zich kunnen afvragen. Een 3D-printers kan worden aangeschaft voor enkele duizenden euro's en de bedrijven besparing uiteindelijk vele malen dat bedrag terug in het prototyping proces. Bijvoorbeeld, Nike maakt gebruik van 3D-printers om prototypes van schoenen te maken. In het verleden besteden ze iedere maand duizenden dollars en moesten er ook nog eens enkele weken voordat de prototypes klaar waren. Met de komst van de 3d printers kost dit proces slechts enkele honderd dollars en bij ontevredenheid kunnen zij direct wijzigingen aanbrengen in het print bestand op de computer en vervolgens wordt het prototype op dezelfde dag geprint.
Automotive industrie
De auto-industrie is een van de eerste industrieën die al decennia lang 3D-printen toepast voor rapid prototyping. Tegenwoordig is het gebruik van 3D printen in de automotive geëvolueerd tot relatief eenvoudig, concept modellen te produceren. Deze worden toegepast voor controles van pasvorm, afwerking en om functionele onderdelen die worden gebruikt in voertuigen, motoren, en modellen te testen. De verwachting is dat 3D printen alleen al in de auto-industrie een gecombineerde $ 1.100.000.000 dollar zal genereren in 2019.
Onderwijs
Binnen het onderwijs
Geschiedenis
In de hele geschiedenis van de productie kwam de traditionele productie methode op de eerste plaats. Van handwerk tot machinaal bewerken, matrijzen en nabewerken door draaien, frezen en slijpen.
Voorheen was de integratie van 3d-printing in het commerciële productie proces nog een aanvulling op de huidige productieproces in plaats van een volledige vervanging. Echter zijn de toekomst voorspellingen voor de commerciële productie zo, dat de additive technologie die momenteel nog in de kinderschoenen staat, steeds vaker wordt ingezet om kostenbesparend en tijdwinst gevend te ontwikkelen en produceren om de concurrentie voor te blijven.
Toekomst
Er wordt voorspeld dat door de komst van additive manufacturing het hele productie proces wat we vandaag de dag kennen zal gaan veranderen, mede omdat toekomstige eindgebruikers in staat om een groot deel van hun eigen productie thuis te doen in plaats van alle componenten te kopen.
3D printers bieden in de toekomst de mogelijkheid tot het uitvoeren van producties in alle denkbare kleuren en verschillende materialen en zal doorontwikkelen tot het punt waarop het binnen een korte tijd een volledig functioneel product kan produceren. Dit zal globaal een gunstig effect hebben op het energiegebruik, afvalreductie en milieu belasting. Denk hierbij een olietankers die minder vaak de oceaan over moeten steken voor kleding en schoeisel. Daarnaast zal het een positive invloed hebben op ontwikkeling, beschikbaarheid van producten, geneeskunde, kunst, bouw en wetenschappen. 3D printing zal het productieproces wereldwijd veranderen zoals wij die vandaag de dag kennen.