Uitgebreide gids voor 3D-printmaterialen: Kunststoffen, metalen, harsen en meer

Ontdek het brede scala aan 3D-printmaterialen, waaronder kunststoffen, metalen, harsen en composieten. Leer meer over hun eigenschappen, toepassingen en de beste printtechnieken voor elk materiaal. Verken de FDM-, SLA- en SLS-processen en krijg tips voor het selecteren en opslaan van materialen voor succesvol afdrukken. 3D afdrukken in prototyping.

De brede waaier aan gebruikte 3D-printmaterialen verkennen

3D-printen is een geavanceerd productiemiddel dat een drastische verandering teweeg heeft gebracht in zowel het ontwerpen als het vervaardigen van producten. Dankzij de mogelijkheid om te "printen", kunnen ontwerpers en ingenieurs met 3D-printen snel ingewikkelde producten maken. Het fundamentele kenmerk van dit zeer aanpasbare systeem ligt in de materialen, waarmee printers bestanden laag voor laag omzetten in tastbare elementen.

In een poging om deze gids zo uitgebreid mogelijk te maken, worden opties gepresenteerd die beschikbaar zijn in verschillende klassen van 3D printmaterialen, zoals kunststoffen, metalen, harsen, poeders en composieten. Elke categorie omvat verschillende soorten materialen voor gebruik in 3D printtechnieken die geschikt zijn voor verschillende processen. Inzicht in eigenschappen zoals sterkte, flexibiliteit, hittebestendigheid en de resulterende prestaties van geprinte onderdelen is essentieel voor het kiezen van het juiste materiaal.

Belangrijke aspecten zoals filamentformaten, rol van 3D printen technieken en materiaaleigenschappen worden besproken. Na verloop van tijd zal een verfijnde selectie van de gebruikelijke plastic filamenten, metaalpoeders en harstypen worden besproken. In het algemeen is het de bedoeling om de lezers een duidelijke en uitgebreide inleiding tot een breed scala aan 3D-printmaterialen te bieden.

3D Print Materialen

3D-printen omvat een breed scala aan materiaalsoorten, die elk geschikt zijn om objecten met unieke eigenschappen te produceren. De materiaalkeuze bepaalt de mogelijkheden en prestaties van geprinte onderdelen.

Kunststof

Thermoplasten zoals ABS, PLA, nylon en TPU domineren 3D-printmaterialen voor desktopcomputers omdat ze gemakkelijk te extruderen zijn. Omdat ze bij verhitting vormbaar zijn, kunnen ze opnieuw worden gevormd en gerecycled.

ABS heeft een hoge hittebestendigheid en slagvastheid, terwijl PLA biologisch afbreekbaar is. Nylon combineert sterkte en flexibiliteit. TPU en andere elastomeren zorgen voor elasticiteit. De voortdurende ontwikkeling van nieuwe kunststofformules breidt de toepassingsmogelijkheden voortdurend uit.

Metalen Materialen

Verschillende processen zoals selectief lasersinteren, selectief lasersmelten en direct metaallasersinteren laten metaalpoederdeeltjes selectief samensmelten en laag voor laag neerslaan. Vroeger waren dergelijke geometrieën moeilijk te bereiken, maar met behulp van de zeer sterke metalen kunnen ze "geprint" worden.

Populaire metaalmaterialen zijn onder andere roestvrij staal en titaniumlegeringen die gewaardeerd worden om eigenschappen als biocompatibiliteit, corrosiebestendigheid en hoge smeltpunten die geschikt zijn voor veeleisende toepassingen. Metalen 3D printmaterialen blijven echter relatief duur en gespecialiseerd.

Harsen materialen

Harsen produceren microscopische details door uitharding onder gecontroleerd licht. Ze maken toepassingen mogelijk die optische helderheid, flexibiliteit en gladde oppervlakken vereisen via processen zoals stereolithografie (SLA).

Materialen bootsen kunststoffen, siliconen en rubbers na, waardoor ze precies passen. Varianten voorzien in de behoefte aan taaiheid, transparantie, biocompatibiliteit en hoge hittebestendigheid.

Composietmaterialen

Veelbelovende composietfilamenten bevatten gehakte vezels om de sterkte van basismatrices te versterken. Deze brengen wenselijke eigenschappen met zich mee die de grenzen van een individueel materiaal overschrijden, zoals thermische geleidbaarheid, treksterkte en stijfheid. Composieten drijven de kosten echter ook op.

Andere materialen

Naast kunststoffen, metalen en composieten zijn er ook nieuwe materialen in opkomst, zoals natuurlijk hout, zandsteen, klei en wasfilamenten die esthetische en functionele diversiteit toevoegen.

3D Printer Soorten

3D-printmaterialen maken gebruik van verschillende technologieën die de compatibiliteit met verschillende materialen bepalen. De belangrijkste processen zijn onder andere FDM (fused deposition modeling), SLS (selective laser sintering) en SLA (stereo lithography).

Fused Deposition Modeling (FFF/FDM)

Als een van de meest prominente en betaalbare methoden deponeren FFF/FDM-printers thermoplastische filamenten via een verwarmde spuitmond. Materialen die beschikbaar zijn in spoelen vereenvoudigen het laden en een groot aanbod aan materialen maakt het toegankelijk.

De lagere resolutie en nauwkeurigheid beperken echter complexe ontwerpen of ingewikkelde vormen. Maar industriële FFF pakt de problemen met oplosbare dragers en composieten aan, hoewel dit aanzienlijk duurder is.

FFF is geschikt voor gewone protypes, modellen en basisonderdelen; grotere printers produceren functionele onderdelen. ABS, PLA, nylon en flexibele filamenten zijn geschikt voor extrusie.

Stereolithografie (SLA)

Een overheersende techniek die gebruik maakt van lichtreactieve harsen, SLA laseruithardt lagen tot isotrope onderdelen. Het levert de hoogste resolutie en oppervlaktekwaliteit op, wat wenselijk is voor chirurgische geleiders, tandheelkundige modellen, ingewikkelde prototypes en juwelen.

SLA biedt het breedste materiaalspectrum, van standaard tot gietbare, flexibele, hoge temperatuur en tandheelkundige harsen. Harsen maken complexe geometrieën en overhangen mogelijk met weinig ondersteuning.

Selectief lasersinteren (SLS)

Door nylon of composietpoeders te smelten met krachtige lasers, SLS produceert structureel gezonde onderdelen die lijken op spuitgegoten ontwerpen. Complexe geometrieën worden zonder steunen geprint, waardoor er minder afval is.

Thermoplasten zoals nylon en polyamide zijn sterk en voldoen aan de productiebehoeften. SLS voor metaal, glas en legeringen breidt functionele prototypes en productietoepassingen uit.

Andere technieken

Poederbedfusie, bindmiddelstralen, materiaalstralen en gerichte energiedepositie maken gebruik van alternatieve poedergebaseerde benaderingen. PolyJet straalt meerdere harsen uit. LOT en LOM laminaatmaterialen. Opkomende technologieën vergroten de ontwerpvrijheid.

Ontwerp voor 3D afdrukken

Het ontwerpproces is een essentiële voorwaarde voor 3D-printmaterialen. Verschillende factoren met betrekking tot zowel de software als het ontwerp van het onderdeel hebben invloed op het printproces en de eindresultaten

3D modelleringssoftware

Vrij verkrijgbare of commerciële CAD-software maakt 3D modelleren mogelijk. Beginners kunnen de eenvoudige interface van Tinker Cad gebruiken, terwijl gevorderde ontwerpers krachtige gereedschappen in Fusion 360, SolidWorks of Blender gebruiken. STL-bestanden bewaren oppervlakken voor interpretatie in een 3D-printer.

Factoren voor een succesvolle 3D print

Ontwerporiëntatie, schaal en modelvoorbereiding optimaliseren 3D-printmaterialen. Wanddikte, extrusierichting van het materiaal en noodzakelijke steunen bepalen het succes. Testontwerpen simuleren spanningen om faalrisico's op te sporen voordat gids voor 3D printen.

Optimale schaal

Printers worden overbelast door echte formaten. Schaal proportioneel op/af met behoud van afmetingen. Voor grote onderdelen kan segmentatie in printbare stukken nodig zijn. Te grote modellen kunnen leiden tot vastlopen van de extruder of afbladderen tijdens het afdrukken.

Onderdeeloriëntatie

Rechtopstaande constructies hebben minder problemen dan horizontale vlakke afdrukken. Horizontale onderdelen vereisen meer steunen om overhangende gebieden op te heffen. Roteren onder een kleine hoek kan het overbruggen van probleemzones vergemakkelijken.

Ondersteunende structuren

Overstekken en dunne wanddelen verzwakken zonder tijdelijke steunen die elke laag overbruggen. De steunen hechten aan het bouwplatform of de print. In water oplosbare materialen laten moeiteloos los in SLS, terwijl losbrekende filamenten stevig hechten.

Complexiteit van het model

Complexe binnenholtes of te dunne wanden vormen uitdagingen voor 3D-printmaterialen. Vereenvoudig modellen waar mogelijk door onnodige details te verwijderen. Voeg indien nodig strategisch geplaatste tijdelijke wanden toe om de sterkte te verbeteren.

Beste bestandstype conversie

STL-bestandstype deelt geometrie als driehoeken terwijl slicingsoftware interpreteert. Reparaties zorgen ervoor dat STL vooraf geldig is. Andere formaten kunnen voordelen bieden voor specifieke toepassingen.

Tips voor beginners

Kalibratie en testafdrukken

Beginnende gebruikers moeten kalibreren voor optimale prestaties. Bednivellering, temperatuurkalibratie en terugtrekken configureren voor nette lagen. Voorbeeldafdrukken valideren de consistentie van de instellingen en geven al in een vroeg stadium feedback over problemen voordat er ingewikkelde afdrukken worden gemaakt.

Filamentkeuze en opslag

Houd rekening met eigenschappen zoals materiaal, sterkte, uiterlijk, kosten en compatibiliteit van 3D-printmaterialen. Evalueer PLA, ABS, nylon, enz. Bewaar de filamenten om vervorming en breuk te voorkomen op droge, koele plaatsen die afgeschermd zijn van licht en lucht. Vochtsensoren beschermen hygroscopische filamenten.

Veelvoorkomende problemen en oplossingen

Test op omkrullen, delaminatie, krimp of nauwkeurigheid. Evalueer temperaturen, terugtrekken, afkoeling van werkstukken en hechting van het bed zoals randen/latten. Hygroscopie controleert de droogheid van het materiaal. Zorg voor een goede hechting en verwijdering van de drager. Firmware-updates optimaliseren functies. Kalibratie iteraties verbeteren voortdurend de resultaten.

3D printen gemeenschap

Collegiale discussies helpen beginners om obstakels te overwinnen via discussieborden en sociale media. Makers verrijken het veld door constante innovatie, probleemoplossing en tutorials. Gratis en premium trainingsbronnen breiden vaardigheden uit. Genereuze experts delen vrijelijk hun expertise, waardoor er een basis voor samenwerking ontstaat om ontwerpen te verbeteren.

3D printtoepassingen

Snelle prototyping

3D-printmaterialen versnellen productontwikkelingscycli door snelle iteratie. Ontwerpers maken binnen enkele uren volledig functionele prototypes in plaats van wekenlang machinaal werk uit te besteden. Ingenieurs controleren vorm, pasvorm en functie door geprinte onderdelen in de praktijk te testen.

Onderwijs

3D-printers maken hands-on STEAM-leren mogelijk. Leerlingen 3D-printmaterialen interactieve modellen om abstracte ideeën te visualiseren. Ze maken gepersonaliseerde modellen om het begrip te vergroten. Anatomische 3D prints verbeteren het leren van biologie en medicijnen.

Gezondheidszorg

Van protheses tot chirurgische geleiders, 3D-printing van materialen stroomlijnt de gezondheidszorg. Op maat gemaakte prothesen verbeteren de mobiliteit van patiënten met behulp van biocompatibele materialen. Op maat gemaakte implantaten verkorten het herstel door minimaal invasieve procedures. Anatomische modellen versnellen complexe operaties.

Industriële Productie

Prototypes zijn sneller, waardoor snelle evaluatie mogelijk is. Complexe interne functies maken nieuwe ontwerpen mogelijk. Massaal aanpassen richt zich op diverse markten. Onderdelen zijn sterker door topologieoptimalisatie. Gedistribueerde productie maakt productie op afstand mogelijk dankzij 3D-printmaterialen op aanvraag.

Consumptiegoederen

Productontwikkelaars maken aangepaste, slimme apparaten met behulp van 3D-printmaterialen. Snelle prototypes testen nieuwe ontwerpen. Gedistribueerde productie levert nichemarkten die voorheen ontoegankelijk waren via conventionele massaproductie.

Conclusie

Deze technologie voor het ontwerpen en maken van producten heeft geleid tot digitale fabricage door middel van 3D-printen. De technologie is nog niet volledig ontwikkeld en de functionaliteit van het systeem neemt in hoog tempo toe. Er komen nieuwe en geavanceerde versies van 3D printers op de markt, die zowel professionals als hobbyisten functies van industriële kwaliteit bieden.

Met de vooruitgang van de technologie verschijnen er nieuwe soorten materialen die verschillende mogelijkheden bieden. Polymeren met hoge prestaties, composieten met buigzame materialen en specifieke harsen zijn de topcategorieën die geavanceerde 3D printmaterialen naar nieuwe hoogten brengen. Zelfs de meest gevoelige producten, zoals voedsel, blijven niet achter bij de experimenten.

De ideeën van gedistribueerde productie wijzen op een toestand waarin leveringskanalen wereldwijd gedistribueerd zijn. Op dit moment kunnen softwareproducten vrij universeel worden gedownload en fysieke producten zullen op een dag misschien net zo gemakkelijk verkrijgbaar zijn. Massaaanpassing zou kunnen betekenen dat het product dat op bestelling wordt gemaakt, of het nu een auto, een jurk of een pak is, absoluut overeenkomt met de exacte eisen van de klant.

In totaal is 3D-printingmateriaal een van de revolutionaire en innovatieve technologieën die iedereen mogelijkheden biedt. Hierbij worden bytes omgezet in vaste stoffen, waardoor mensen de kracht van productie krijgen. Deze vooruitstrevende technologie zal dus nog krachtiger worden dankzij de verbeterde gereedschappen en materialen die in de moderne wereld beschikbaar zijn. De mogelijkheden van 3D printen zijn gewoonweg onvoorstelbaar.

FAQs

Wat is het sterkste 3D printfilament?

De sterkte hangt van verschillende dingen af, maar speciale technische filamenten zoals ABS, nylon en PEEK behoren tot de sterkste.

Is het mogelijk om metalen te 3D-printen?

Ja, met behulp van de verbeterde poederbedmethoden, waaronder DMLS en SLM, waarbij een laser kleine metaalpoeders samensmelt tot de vereiste ingewikkelde onderdelen. De gewone metalen zijn roestvrij staal en titanium.

Wat is een ideaal 3D printfilament om te gebruiken?

Enkele factoren waar u naar moet kijken bij het kiezen van het materiaal zijn de hierboven besproken factoren, zoals flexibiliteit, sterkte, hittebestendigheid, enzovoort, en meer nog de behoeften die u voor het project hebt, de compatibiliteit van het materiaal met de printer die u voor het project wilt gebruiken. Beoordeel populaire keuzes zoals PLA, Acrylonitril Butadieen Styreen, beter bekend als ABS, Polyethyleentereftalaat of beter bekend als PETG, enzovoort.

Is hars of filament beter?

Elk heeft voordelen hars levert ongelooflijke details en oppervlaktekwaliteit, terwijl filament meer materiaalopties biedt tegen lagere prijzen. Houd bij uw keuze rekening met uw behoeften, budget en printer.

Wat is beter voor miniaturen hars of filament?

Miniaturen van hars hebben ongeëvenaarde fijne details, maar moeten worden schoongemaakt. Sommige filamenten kunnen ook grote details bereiken tegen lagere kosten en zonder nabewerking.

Hoe bewaar ik filament op de juiste manier?

Voor langdurige opslag beschermt u het filament tegen vocht, licht en warmteschommelingen met behulp van een luchtdichte verpakking met droogmiddelpakketten erin. De juiste opslag voorkomt kromtrekken en afbraak.