Gids voor alles wat u moet weten over 3D printen

 Dit artikel is een naslagwerk voor aspirant-beoefenaars van additive manufacturing die zich willen wagen aan 3D printen. Begrijp de basisprincipes van desktop 3D-printers, een fundamenteel onderscheid tussen twee vormen, FDM- en SLA-printers, ontwerpsoftware en de functie ervan, het kalibratieproces, enkele veelvoorkomende problemen tijdens het 3D-printproces, succesvolle resultaten en gebruik op verschillende gebieden, waaronder gezondheidszorg, auto-industrie, onderwijs en nog veel meer. Leer de principes van 3D printen om betrokken te raken bij deze veelbelovende industrie.

Een beginnersgids voor 3D printen: Hier is alles wat u moet weten

Deze technologie heeft op veel gebieden voordeel opgeleverd, omdat 3D-printen een uniek hulpmiddel is dat gebruikt kan worden om objecten effectief te vervaardigen. Door middel van spuitgieten en andere additieve fabricageprocessen zoals FDM, SLS en SLA heeft het een revolutie teweeggebracht in het ontwerpen van producten en het ontwikkelen van prototypes. Er is met name aangetoond dat het werkt op gebieden zoals prototyping, onderwijs, geneeskunde en andere, wat de veelzijdigheid aantoont.

Om de gids uitgebreid te maken voor een nieuwkomer in de wereld van 3D afdrukkenDeze gids zal proberen alle noodzakelijke factoren en voorwaarden te beschrijven waarmee iemand in het begin rekening moet houden. Dat zal gaan over de grondbeginselen van 3D printen, soorten printers zoals FDM, SLS en SLA, dingen waar u rekening mee moet houden bij het ontwerpen, als 3D printen nieuw voor u is, en enkele dingen die u waarschijnlijk tegen zult komen. Verder worden de mogelijkheden van het gebruik van 3D-printers in de auto-industrie, ruimtevaart en nog veel meer besproken. Aan het einde van deze gids zullen de lezers over de fundamentele kennis beschikken om aan hun reis op het gebied van 3D-printen te beginnen.

Basisprincipes van 3D-printen

Wat is 3D printen?

3D-printen wordt over het algemeen aangeduid als stapelen of additief produceren; dit is een manier om driedimensionale objecten te maken van geld of digitale archieven. In plaats van subtractieve productie, waarbij materiaal wordt verwijderd en die meer conventioneel is, worden bij 3D-printen lagen materiaal aangebracht volgens een bepaalde 3D-blauwdruk.

Geschiedenis van 3D printen

3D-printen gaat terug tot de jaren 1980, toen Chuck Hull de eerste commerciële benadering voor het ontwikkelen van een object ontwikkelde, bekend als stereolithografie. In de jaren 1990 werden andere methoden ontwikkeld, waaronder fused deposition modelling en selective laser sintering. Hoewel de 3D-printtechnologie in de jaren 2000 aandacht kreeg, begon deze in de jaren 2010 aan populariteit te winnen toen er patenten werden toegekend, waardoor het aantal 3D-printers afnam. 3D printer kosten.

Wat zijn de werkwijzen van 3D-printen?

Voor 3D-printen is een 3D-model nodig, dat door de betreffende 3D-printsoftware in dunne lagen wordt gesneden voordat het wordt verwerkt. De printer synthetiseert deze structuur verder door deze opeenvolgende lagen van het gegeven materiaal te manipuleren en te stollen met behulp van verschillende vormen van additieve productie. Ze worden in lagen afgezet door bijvoorbeeld verwarmd thermoplastisch materiaal te extruderen (Fused Deposition Modeling/FDM), vloeibare fotopolymeerhars uit te harden met ultraviolette lasers (Stereo-lithografie/SLA) of door deeltjes van kunststof, metaal of een andere samenstelling samen te smelten met behulp van een energiebron zoals een laser (Selective Laser Sintering/SLS of Selective Laser Melting/SLM).

Typen 3D-printers

Gesmolten afzetting modelleren (FDM)

Van alle beschikbare opties is FDM de meest gebruikte en goedkoopste 3D printer op de markt. In FDMgerecyclede polymeren zoals PLA, ABS, HIPS enzovoort worden in de vorm van filamenten vanaf een verwarmde extrusienaald in de printer gebracht. Daarna beweegt de printer de spuitmond heel voorzichtig met behulp van de G-code om dunne lagen gesmolten kunststof te extruderen om het object vanaf de basis in lagen op te bouwen.

Selectief lasersinteren (SLS)

SLS werkt op basis van het poederbedmechanisme, net als andere AM-technologieën, waarbij een krachtige laser selectief bepaalde delen van een poedervormig materiaal - nylon, metalen, zand of zelfs cellen - smelt tot een vaste vorm van een 3D-printobject. Er kunnen heel eenvoudig veelzijdige configuraties worden ontwikkeld met bepaalde delen die naar binnen bewegen. SLS-printers zijn over het algemeen duurder dan andere, maar kunnen sneller functionele, volledig functionele prototypes en eindproductonderdelen maken.

Stereolithografie (SLA)

SLA stolt vloeibare fotopolymeerhars in vaste onderdelen volgens het digitale model door laag voor laag met een UV-laser te werken. Het produceert nauwkeurige prototypes met een glad oppervlak die geschikt zijn voor toepassingen met kleine ingewikkelde details, zoals juwelen, tandheelkundige modellen, enz. SLA giethars levert prototypes die klaar zijn voor het gieten en de productie.

Andere printertypen

Andere veelgebruikte 3D-printmethoden zijn digitale lichtverwerking (DLP), poederbedfusie, elektronenstraalsmelting (EBM), polyjetprinten, enz. DLP heeft een digitale projectie maar hardt volledige lagen samen uit, terwijl EBM metaalpoeder volledig smelt. Inkjet 3D printen deponeert verschillende materiaaldruppels om modellen te bouwen. Uitbreidende materiaalopties zoals koolstof, glas enz. maken unieke toepassingen in verschillende industrieën mogelijk.

Ontwerp voor 3D afdrukken

3D-modelleringssoftware

CAD-software (Computer-aided Design) is essentieel voor het modelleren van 3D-printobjecten. Populaire gratis softwareopties zijn TinkerCAD, Autodesk Fusion 360 en Blender. Commerciële pakketten zijn SolidWorks, AutoCAD en Inventor. Met CAD-programma's kunt u digitale prototypes genereren en ontwerpen visualiseren.

Factoren voor een succesvolle 3D print

Bepaalde factoren zorgen voor een succesvolle afdruk. De juiste objectgrootte met aandacht voor materiaalkunde zoals sterkte, flexibiliteit en temperatuurbestendigheid van polymeren, metalen, keramiek, composieten enz. is belangrijk. De juiste wanddikte, dichtheid, oppervlakteafwerking, detaillering en het beheren van overhangen om fouten te voorkomen zijn van cruciaal belang.

Algemene bestandstypen

Het meest gebruikte bestandstype voor 3D printen is STL (Standard Tessellation Language), omdat dit alleen de oppervlaktegeometrie definieert. STL moet gesneden worden voor individuele laagoriëntaties die door G-Code herkend worden. Slic3r en CURA zijn voorbeelden van slicingprogramma's die prints oriënteren, waar nodig steunen toevoegen en laaghoogtes optimaliseren voor de beste resultaten. Andere formaten zijn OBJ, 3MF, AMF enz. De juiste schaal, oriëntatie en slice-instellingen van het model zijn belangrijk voor een soepele procesoptimalisatie.

Modelleringssoftware, snijprogramma's en het begrijpen van factoren om modellen te maken die goed afdrukken, helpen om het volledige potentieel van de beschikbare materialen te benutten voor zowel creativiteit als functionele toepassingen in de eerder genoemde industrieën. Met de opkomst van personal manufacturing en gedistribueerde productieconcepten groeit de vraag naar gebruiksvriendelijke hulpmiddelen voor 3D-printen gestaag.

Tips voor beginners

Kalibratie en testafdrukken

Kalibratie is belangrijk voor consistent afdrukken. Stel de bouwplaat waterpas voor een goede hechting van de eerste laag. Kalibreer de extruderstappen voor een precieze materiaalafzetting. Voer testafdrukken uit met basismodellen voor 3D printen om de machine-instellingen te valideren voordat u complexe afdrukken maakt.

Filamentkeuze en opslag

Kies filamenten die geschikt zijn voor uw printer en beoogde toepassingen. PLA is milieuvriendelijk, maar ABS is sterker. Bewaar filamenten in vochtvrije containers, omdat de luchtvochtigheid plastic na verloop van tijd aantast. Vocht veroorzaakt defecten tijdens het printen, waardoor vervanging nodig is.

Veelvoorkomende problemen en oplossingen

Vervorming treedt op door snel afkoelen, slechte hechting of intensieve verwarmingscycli. Voeg een verwarmd bed, rand/rails of behuizing toe. Slechte maatnauwkeurigheid kan het gevolg zijn van een inconsistente temperatuur, snelheidsveranderingen of onjuist gesneden modellen. Terugtrekken en uitlopen voorkomen klodders. Overstekken vereisen bedrukte steigers of optimale laaginstellingen om doorzakken te voorkomen. Bednivellering, herkalibratie en de juiste printcondities lossen problemen meestal op voor betrouwbare resultaten.

Beginner-vriendelijke printers, een paar goede filamentspoelen, kalibratieroutine, het proefdraaien van de eerste prints en vertrouwd raken met veelvoorkomende uitdagingen voordat u aan geavanceerde projecten begint, maken van 3D-printen een leuke, zelfstudie-ervaring. Geduld, leren van mislukkingen en hulp zoeken van de gemeenschap zorgen voor een levenslange lonende hobby.

3D printtoepassingen en toekomstige aspecten

Snelle prototyping

3D afdrukken in prototyping stelt fabrikanten in staat om sneller en tegen lagere kosten prototypes te maken in vergelijking met traditionele methoden. Dit versnelt de productontwikkelingscycli aanzienlijk. Complexe interne structuren zijn haalbaar.

Onderwijs

Makerspaces die een revolutie teweegbrengen in het STEAM-onderwijs gebruiken 3D-printen om abstracte concepten te visualiseren door middel van praktijkgericht leren. Leerlingen printen hun eigen creaties om expertise op te doen in verschillende disciplines.

Medische toepassingen

In de gezondheidszorg helpen 3D-geprinte anatomische modellen bij de prechirurgische planning en verbeteren op maat gemaakte protheses de patiëntenzorg. Toekomstige bioprinting-technieken kunnen levende weefsels en zelfs hele organen printen om de beperkingen van donoren te omzeilen.

Andere industrieën

De auto-industrie, lucht- en ruimtevaart en defensie maken gespecialiseerde onderdelen die niet op conventionele wijze kunnen worden vervaardigd. Massaal maatwerk via 3D-printen op aanvraag komt tegemoet aan de voorkeur van de consument in de eerder genoemde industrieën.

Naarmate de materiaalkunde vordert met nanotechnologie en nieuwe biomaterialen, zullen 3D-printmogelijkheden duurzaamheid stimuleren door middel van afvalminimale precisieproductie voor verschillende sectoren, van infrastructuur tot ruimtevaarttechnologie. De integratie van robotica, kunstmatige intelligentie en blockchain met additieve technieken zal de fabrieksvloeren wereldwijd transformeren. Terwijl technische uitdagingen blijven, ziet de toekomst van 3D printen er ongetwijfeld rooskleurig uit.

conclusie

3D-printen heeft een revolutie teweeggebracht op het gebied van ontwerpen en produceren door digitale fabricagemethoden te introduceren. Deze gids behandelt de basisprincipes van 3D-printen die essentieel zijn voor beginners om te begrijpen hoe ze het potentieel ervan kunnen benutten. Van het navigeren door de verschillende 3D-printertechnologieën en -materialen tot het ontwerpen van geoptimaliseerde modellen, succesvol printen vereist het toepassen van de principes die hier worden besproken.

Met de juiste machinekalibratie en kennis van oplossingen voor het oplossen van problemen, kunnen de meeste veelvoorkomende problemen vermeden worden. Naarmate de technologie verder geïntegreerd wordt met andere innovaties, zullen de toepassingen steeds diverser worden. De kern van 3D-printen zal echter blijven - het vermogen om abstracte ideeën om te zetten in tastbare voorwerpen met toepassingen die de mensheid over de grenzen heen ten goede komen. Met de fundamentele kennis die u in deze gids hebt opgedaan, kunt u beginnen aan een spannende reis op het gebied van 3D-printen.

FAQs

Is 3D printen beginnersvriendelijk?
Desktop 3D printers worden steeds betaalbaarder en gebruiksvriendelijker voor beginners. Het instellen van de machine en het begrijpen van ontwerpsoftware hebben echter een leercurve. Maar online zijn er veel hulpmiddelen om het proces te vereenvoudigen.

Hoe lang duurt het om een voorwerp te 3D-printen?
De printtijd is afhankelijk van de grootte van het object, het materiaal, de laagdikte en de printersnelheid. Een ruwe schatting is dat het printen van kleine objecten 1-8 uur kan duren, terwijl het printen van grotere functionele onderdelen 1-5 dagen kan duren.

Is PLA of ABS beter voor een beginner?
PLA is goedkoop en produceert minder schadelijke emissies. Het is voor beginners gemakkelijker om te printen dan flexibel ABS. ABS-onderdelen zijn echter sterker en bestand tegen hogere temperaturen. PLA werkt dus goed voor beginnersprojecten.

Hoe repareer ik een mislukte 3D print?
Problemen die mislukte afdrukken veroorzaken, zoals kromtrekken of delaminatie, kunnen soms worden verholpen met acetondamp of ultrasone reiniging. Ernstig beschadigde afdrukken kunnen vanaf steunen opnieuw worden opgestart. Tot slot kunnen kalibratie-aanpassingen terugkerende fouten voorkomen.