Wat is 3D-printen en hoe werkt het precies?

Stel u voor dat u driedimensionale objecten rechtstreeks vanuit een printer bij u thuis kunt afdrukken. Toen ik nog een kind was op de basisschool, vond ik het geweldig als ik pizza's uit mijn InkJet kon afdrukken. Dat is niet waar ik naartoe ga in dit artikel, maar het is een interessante gedachte - het afdrukken van driedimensionale objecten, dat wil zeggen. Het klinkt als grenslijn science-fiction, en dat was het lange tijd geleden. Niet meer.

Het proces wordt (niet verrassend) genoemd 3d printen. Net als bij traditioneel drukken, waarbij een leeg vel papier wordt genomen en tweedimensionale afbeeldingen en tekst worden gemaakt uit schijnbaar nergens, maakt 3D-afdrukken volledig gerealiseerde objecten uit het niets. Het is een fascinerende procedure die op een aantal gebieden nuttig kan zijn.

Vorig jaar stelde James vast dat 3D-printen niet langer een mythe is 3D Printing - Sci-Fi Myth or Reality? 3D-printen - Sci-Fi-mythe of -realiteit? Een steunpilaar van sci-fi sinds het begin van het genre, het idee om thuis je eigen objecten te kunnen maken is begrijpelijkerwijs heel fascinerend. Wie heeft er niet van gedroomd om een ​​eigen replicator te hebben die cookies maakt ... Lees meer of vergezocht idee. Alleen al in de afgelopen 12 maanden heeft hij gelijk gekregen: 3D-printen is nog maar net begonnen. Ga met me mee als ik de ins en outs van 3D-printtechnologie verkent om te leren hoe het werkt en welke voordelen het ons zou kunnen bieden als consumenten.

Korte geschiedenis van 3D-printen

In 1986 diende een man genaamd Charles W. Hull patent op stereolithografie in, wat de eerste bekende methode was om 3D-objecten uit het niets te maken. De uitvinding van deze methode luidde een nieuw tijdperk in van bewerkingsprocessen. Terwijl de meeste objecten zijn gebouwd met behulp van een subtractieve proces (d.w.z. kloven, boren, snijden, snijden, etc.), 3D-printen gebruikt een toevoeging proces (d.w.z. door het toevoegen van materiaal).

3D-printers zijn duur. Traditionele papier-en-ink-printers kost u honderden dollars, maar met 3D-printers bent u al tienduizenden. Gelukkig hoeft u geen persoonlijke 3D-printer te hebben, omdat er al een aantal diensten zijn die 3D-objecten voor u afdrukken. Als je geïnteresseerd bent, bekijk dan Shapeways en Sculpteo.

Vanwege de dure aard van stereolithografie zijn andere vormen van 3D-printen een pionier. Deze nieuwere technieken hebben hun eigen voor- en nadelen, maar de meeste zijn veel goedkoper en toegankelijker voor de Everyman.

3D-printtechnieken

stereolithografie (SLA) is de eerste 3D-druktechniek die is ontwikkeld. Het creëert objecten uit de lucht door lagen en lagen van een bepaald fotopolymeer op zichzelf te printen. Het materiaal begint als een vloeistof en verandert in een vaste stof wanneer het wordt geraakt door een geconcentreerde straal ultraviolet licht.

Digitale lichtverwerking (DLP) is vergelijkbaar met stereolithografie omdat het licht gebruikt om een ​​vloeistof tot een vaste stof te verharden. Bij digitale lichtverwerking begint het object echter als een vat vol vloeistof. Een deel van de vloeistof wordt blootgesteld aan licht, dat hard wordt, en vervolgens wordt de bouwplaat met een kleine hoeveelheid verlaagd. Een andere lichtstraal verhardt meer van de vloeistof en dit proces herhaalt zich. Overgebleven vloeistof wordt afgevoerd, waardoor een solide model achterblijft.

Selectieve lasersintering (SLS) gebruikt een hoogvermogenlaser om materiaaldeeltjes (bijvoorbeeld plastic, glas, keramiek en metaal) te fuseren tot een massa die de gewenste driedimensionale vorm aanneemt.

Elektronenstralen smelten (EBM) is een 3D-afdrukproces dat wordt gebruikt voor metalen onderdelen. Het proces vindt plaats in een vacuüm en begint met het uitspreiden van een laag metaalpoeder (meestal titanium). Een elektronenstraal smelt het poeder vervolgens in een vaste laag. Objecten die op deze manier zijn gemaakt, zijn verrassend compact en sterk.

Multi-jet modellering (MJM) werkt op dezelfde manier als moderne InkJet-printers. Het verspreidt een laag harspoeder en sproeit vervolgens een gekleurde bindende lijmachtige substantie die het poeder in een enkele laag hardt. Multi-jet modellering is uitermate handig omdat het snel is en kleurenafdrukken ondersteunt.

Fused deposition modeling (FDM) maakt gebruik van een verwarmd extrusiemondstuk dat een materiaal (bijv. Plastic) smelt als het naar buiten komt. Het mondstuk kan zowel horizontaal als verticaal door computergestuurde bedieningselementen bewegen. Wanneer het materiaal uit de spuitmond komt, hardt het vrijwel onmiddellijk uit.

Bijna alle vormen van 3D-printen vereisen een STL-bestand. Een STL-bestand is een specifieke indeling van een 3D-model waarmee 3D-printers het object gemakkelijk en effectief kunnen indelen in de afzonderlijke lagen die worden gebruikt bij het eigenlijke afdrukken. De meeste STL-bestanden worden eerst gemaakt in een CAD-programma (computer-aided design) en vervolgens geconverteerd.

Voordelen van 3D-printen

3D-printers zijn nuttig in zowel commerciële als persoonlijke capaciteit. De enige echte belemmering voor persoonlijk 3D-printen zijn de buitengewone kosten en de technische knowhow die nodig is om werkende STL-modellen te creëren. Als je die initiële bult kunt overwinnen, zie je de vele voordelen.

Ontwerpgerelateerd werk wordt veel sneller en gemakkelijker gemaakt met 3D-printers. Ontwerpers kunnen concepten en ideeën aannemen en snel een werkende driedimensionale weergave genereren snelle prototyping. Naarmate het ontwerp in de loop van de tijd evolueert, kan elke iteratie bijna onmiddellijk worden geprototypeerd.

Bedrijven kunnen ook profiteren door 3D-printers te gebruiken bij het maken van hun eindproducten, niet alleen prototypen. Subtractieve processen eindigen met veel verspilde materialen in de vorm van schaafsel, boren van puin en snij stukken die te klein zijn om overal te gebruiken. Het additieve proces van 3D-printen elimineert de meeste, zo niet alle, vormen van verspilling.

De aard van 3D-printen zorgt voor eenvoudige aanpassing. Typische assemblagelijnen vereisen dat de verschildelen van een object op een specifieke manier bij elkaar passen, anders schiet de lijn uit. Met een 3D-printer worden persoonlijke aanpassingen gemaakt in het STL-bestand - de printer hoeft niet te worden gewijzigd.

En het detailniveau dat met 3D-printen kan worden bereikt, is fenomenaal, ongeëvenaard door een andere productiemethode, behalve voor objecten die volledig met de hand zijn ontworpen en vervaardigd. De nauwkeurigheid van een 3D-printer kan zo ver gaan als 4-micron resolutie. Dat is dunner dan een mensenhaar.

3D-printtechnologie is niet bepaald een wereldwisselaar, maar het is zeker fascinerend en waardevol. Bedrijven over de hele wereld maken al gebruik van 3D-printing in hun productieprocessen. Hobbyisten drukken al losse voorwerpen uit voor hun eigen plezier. Binnen het volgende decennium is het heel goed mogelijk dat we huishoudelijke printers zullen zien die 3D-objecten creëren op onze eigen manier.

Beeldcredits: 4 gekleurde ballen via Shutterstock, MJM-diagram Via TurkCADCAM

Ontdek meer over: 3D-printen.