Share
In de afgelopen jaren heeft 3D-printen veel aandacht gekregen, met de belofte om een revolutie teweeg te brengen in de productie en de manier waarop we artikelen produceren compleet omver te werpen. Zoals met veel nieuwe disruptieve technologieën, is veel aandacht in de populaire pers overdreven, meer een Star Trek-replicator dan de eigenlijke processen.
Echter, of een aantal van de wilder eisen nu uitpakken of niet, voor ontwerpers biedt 3D printing een verleidelijk vooruitzicht: de mogelijkheid om objecten te produceren zonder de beperkingen van de traditionele productie, de mogelijkheid zelfs om objecten op uw bureau te fabriceren zonder de traditionele maak- of engineeringvaardigheden.
Aan het einde van dit artikel maak je kennis met de terminologie van 3D-printen en heb je een idee welke methode het beste voor je is. Eerst bespreken we de drie meest voorkomende technologieën en vervolgens enkele opties bij het ontwerpen van een model.
Het zou onjuist zijn om 3D-printen te beschouwen als een enkele technologie. In plaats daarvan is het een aantal technologieën die een gedeeld idee volgen van additieve productie, aangedreven door software.
Dus wat is additive manufacturing? Veel productietechnieken beginnen met een blok materiaal en verwijderen het selectief totdat we het gewenste object hebben. Additive manufacturing draait dit op zijn kop, te beginnen met een leeg canvas en alleen toe te voegen wat nodig is voor het uiteindelijke object.
Op zich is deze additieve productie niets bijzonders - een kind dat zandkastelen op het strand bouwt, gebruikt additive manufacturing. Het is de toevoeging van het gebruik van digitale technologie voor een betrouwbaar en nauwkeurig resultaat dat 3D-printen speciaal maakt.
3D-print bestaande uit vele 2D-slices. Afbeelding credit: Creative Tools via FlickrMeestal werkt dit door een voorwerp dat we willen maken in dunne secties te snijden en deze stukjes stuk voor stuk op elkaar te stapelen. Denk aan het bouwen van een piramide als een reeks vierkante gebouwen, elk kleiner dan de laatste, opgestapeld om een 3D-vorm te krijgen.
De eerste techniek die we zullen bekijken, is FDM, Fused Depositional Modeling of FFF, Fused Filament Fabrication als we handelsmerktermen willen vermijden. Het berust op het "extruderen" van een filament van materiaal, d.w.z. het verwarmen ervan tot een punt waarop het door een mondstuk kan worden geperst, waardoor een nog dunner filament wordt geproduceerd. Dit mondstuk wordt over een oppervlak bewogen, tekent de omtrek van de plak die we willen maken en vult vervolgens deze contour met een patroon van materiaal.
Omdat het materiaal heet is terwijl het wordt geëxtrudeerd, hecht het zich aan elk vastgelegd filament, waardoor een stevig stuk materiaal wordt gevormd. Eenmaal voltooid, beweegt het mondstuk een kleine hoeveelheid omhoog en begint de volgende laag te extruderen.
Houd halverwege een FDM-afdruk bij, let op de omtrek en het vullingpatroon. Image Credit: Tony Buser via FlickrDit is de techniek die je zult vinden in de meeste hobbyistische 3D-printers, meestal met het materiaal dat ABS of PLA-plastic is. De techniek produceert een "houtnerf" -achtig oppervlak met lichte groeven tussen elke laag (hoewel dit kan worden verwijderd door middel van schuren, polijsten of acetondamp). Onjuiste kalibratie van een machine kan ertoe leiden dat strengen gloeidraden uitsteken op plaatsen of klodders gesmolten materiaal.
De techniek kan worstelen met overhangende vormen. Omdat het bovenop de onderliggende laag bouwt, wordt alles dat overhangt op niets dan lucht geëxtrudeerd! Zolang we niet te ver hoeven te hangen, zal het materiaal zichzelf ondersteunen en niet te veel doorzakken. Commerciële machines pakken dit echter aan met een ondersteuningsmateriaal dat is geëxtrudeerd uit een tweede kop, gebouwd als een steiger om eventuele uitsteeksels te ondersteunen die daarna kunnen worden afgebroken of opgelost. Er zijn enkele hobbyistische pogingen om dit te repliceren, maar ze zijn over het algemeen minder betrouwbaar.
De volgende techniek, Stereolithography of SLA, is gebaseerd op fotogevoelige harsen, fotopolymeren, materialen die veranderen van vloeistof in vaste stof wanneer ze worden blootgesteld aan (meestal ultraviolet) licht. Door elke plak van het object op het oppervlak van een dunne laag van de vloeistof bloot te stellen met ultraviolet (UV) licht, kunnen we alleen de onderdelen verharden die we willen. Deze geharde hars wordt herhaaldelijk overstroomd met een andere dunne laag vloeistof en vervolgens belicht met UV-licht in de vorm van de volgende plak van het model, om een geharde 3D-structuur achter te laten als we de vloeistof hebben afgevoerd.
De UV-belichtingsmethode verschilt: sommige SLA-printers gebruiken een laser en sturen deze over het oppervlak om de slice te tekenen, terwijl andere een DLP-projector gebruiken om een hele laag in één keer bloot te leggen.
Stereolithografische afdrukken vanaf de Form 1-printer. Afbeeldingscredit: Seth Woodworth via FlickrSLA produceert gemakkelijker een vloeiendere afdruk met hogere resolutie, maar heeft de neiging duurder te zijn. Het heeft hetzelfde probleem met uitsteeksels, en delen hebben de neiging om te worden gebouwd op een steiger van dezelfde hars als het gebouwde object, waardoor nogal wat opschoning nodig is.
Veel "modelbouw" -afdrukken in de professionele wereld van 3D-printen hebben de neiging om deze techniek te gebruiken en er zijn nu veel fotopolymeren beschikbaar die verschillende materialen nabootsen. Tot voor kort beperkten octrooien deze techniek tot professionele machines, maar machines die toegankelijk zijn voor hobbyisten zijn de laatste jaren verschenen, en daarmee zijn ook goedkopere harsen verschenen. Dat gezegd hebbende, de techniek maakt gebruik van chemische chemicaliën met een beperkte levensduur, dus ik denk niet dat het FDM volledig zal vervangen op het gebied van hobby's..
De allerbeste 3D-printers gebruiken opnieuw een laser, maar deze keer op een hoger vermogen, ofwel smeltende of sinterende poeders samen (sinteren is wanneer je een materiaal verhit genoeg om het samen te smelten, maar niet voldoende om het volledig in een vloeistof te smelten).
Deze poeders kunnen van technische kwaliteit zijn zoals nylon, of zelfs metalen, waardoor 3D-printen van onderdelen die geschikt zijn voor machines. Als je een nieuwsartikel over Formule 1-raceteams of raketfabrikanten met 3D-afdrukken ziet, is dit het type dat ze bedoelen. Zeer hoge resolutie en zeer sterk, maar meestal vrij duur.
Dit soort machines wordt meestal gebruikt als een alternatief voor traditionele engineeringtechnieken en kan, hoewel duur, goedkoper zijn dan traditionele technieken voor eenmalige onderdelen of kleine productieruns..
SpaceX SuperDraco raketmotoren met onderdelen 3D gedrukt met Inconel superlegering. Beeldcredits: SpaceX-foto's via FlickrDeze drie technologieën zijn op geen enkele manier uitputtend. U kunt printers krijgen die druppels was laten vallen en een model produceren dat in metalen voorwerpen kan worden gegoten (vaak gebruikt voor sieraden). U kunt een technologie die vergelijkbaar is met een inkjetprinter gebruiken boven een vat met poeder, om een bindmiddel en pigmenten af te zetten en modellen in full-colour te maken. Of een zeer vergelijkbare technologie, gevolgd door beglazing om keramiek te maken (borden, kopjes, enz.). Nog meer gespecialiseerde 3D-printers kunnen biocompatibele materialen gebruiken om levende weefsels af te drukken voor implantatie, objecten op nanoschaal om kleine machines te maken, en gigantische machines die secties bouwen voor architectuur.
Kunstmatige zandsteen 3D-sculptuur. Beeldcredits: EdytaZwirecka via WikipediaKijk voor het grootste scala aan materialen naar een 3D-afdrukservice met een reeks machines, bijvoorbeeld het aanbod van Shapeway. Je kijkt naar een aantal kunststoffen, metalen en keramiek met verschillende eigenschappen om te passen bij wat je probeert te maken.
Uitstekend, denkt u misschien - ik hoef er niet om te geven hoe het werkt, als het maar werkt! Maar er is de valstrik: kijk naar elk materiaal dat ze aanbieden en je zult zien dat ze allemaal andere vereisten hebben, minimale wanddiktes, minimale oppervlaktedetailgroottes, minimale afstanden, enz. Je zou kunnen vinden dat je je ontwerp moet aanpassen om met het materiaal te werken je gebruikt.
Als je de andere kant op gaat, een 3D-printer voor hobbyisten, ben je wat beperkter, maar niet zo veel als je zou verwachten. Er is een hele reeks draden aanwezig die op dit soort machines zullen werken. Er zijn flexibele filamenten, houtachtige filamenten, doorschijnende materialen en kunststoffen met allerlei verschillende kenmerken.
Pas echter op: deze materialen zullen meestal een beetje moeten sleutelen aan de temperaturen en mogelijk zelfs aan andere onderdelen in de printer. De meeste mensen met dit soort machines houden er echter van om te sleutelen aan dergelijke dingen.
Er zijn twee grote benaderingen voor 3D-modellering: oppervlaktemodellering en solide modellering.
Voor 3D-modellering kunnen beide worden gebruikt, hoewel daar een voorbehoud voor is. Houd er rekening mee dat de software ernaar streeft het model in secties onder te verdelen en te weten welke de binnen- en buitenkant van die secties zijn. Het is duidelijk dat een modelleerpakket dat objecten voorstelt als solids ondubbelzinnig zal zijn wat dat is, maar oppervlakmodellering kan bestanden produceren waar het niet zo duidelijk is.
Er is een zeer strikte benadering die je moet volgen om met dergelijke software geldige bestanden te maken, helemaal in tegenstelling tot de gebruikelijke aanpak om een model te maken. In het kort moet het bestand "spruitstuk" zijn, d.w.z. geen kruisende vlakken, geen interne vlakken, geen gaten, en alle hoekpunten die zijn gelast, niet alleen zeer dichtbij. Het model zou waterdicht moeten zijn als je het gemaakt hebt van plastic platen. Probeer deze handleiding te volgen voor meer informatie.
Dus tenzij je al ervaring hebt met het modelleren van oppervlakken, zou ik willen voorstellen om met een solide modelleerpakket te werken. Hoewel ze minder expressief zijn, is er minder fout te gaan bij je eerste poging!
Ik gebruik meestal Solidworks, maar het is vrij duur. Gelukkig is er met de opkomst van 3D-printen een bijpassend aantal gratis solide modelleringspakketten. Het bedrijf dat AutoCAD produceert, een ander duur maar zeer krachtig 3D-pakket, biedt een paar pakketten. Hiervan zijn enkele van de meest bruikbare voor dit doel Tinkercad, een eenvoudig browsergebaseerd CAD-pakket, en 123D Design, een offline hulpmiddel met vergelijkbare mogelijkheden.
Mijn gratis starthulpmiddel is meestal Trimble Sketchup, dat gratis is voor niet-commercieel gebruik, maar je hebt een extensie nodig om het juiste soort bestand te krijgen.
Welke tool u ook gebruikt, u zult meestal moeten eindigen met een of meer stl-bestanden. Dit is een erg eenvoudig bestandsformaat, maar wat de meeste 3D-afdruktools zullen accepteren.
Dus je kent een aantal van de technologieën, je kent een deel van de software, misschien heb je zelfs een bestand gemaakt en wil je gewoon weten hoe je het al kunt laten drukken! Er zijn een paar manieren om hier naartoe te gaan: u kunt in een machine investeren, een 3D-afdrukservice gebruiken of ergens een 3D-printer gebruiken. Elk heeft voor- en nadelen.
Het kopen van je eigen machine kan een behoorlijke investering zijn, hoewel veel minder dan in het verleden. U bent beperkt tot die ene technologie die uw machine gebruikt, en dus die (of een paar) materialen die in die technologie worden gebruikt. Ervan uitgaande dat je niet van geld bent en een professionele machine hebt kunnen krijgen, moet je je misschien verdiepen in de technische kant van je machine als er iets moet worden vervangen of opnieuw gekalibreerd, hoewel veel hobbyistmachines uitstekende online community's hebben om dit te ondersteunen.
Maar na dat alles gezegd te hebben, heb je de goedkoopste optie per deel dat je wilt maken, dus als je verslaafd raakt, kun je delen naar hartelust uitkammen. En je kunt snel delen herhalen - als je op mij lijkt en je maakt meerdere onderdelen om samen te voegen, dan krijg je iets fout wanneer je het voor de eerste keer maakt!
Een model aan de gang op de Ultimaker, een populaire hobbyistische 3D-printer. Afbeelding credit: Maurizio Pesce via FlickrEen andere optie is 3D-printservices, online of bij uw lokale 3D-drukkerij. Dit heeft het voordeel van geen kosten vooraf (hoewel het aanzienlijk duurder is per onderdeel), en een reeks technologieën en materialen die beschikbaar zijn. Het andere belangrijkste nadeel naast de kosten is tijd, want je zult moeten wachten totdat ze het hebben gehaald en naar je hebben verzonden. Er zijn een paar grote services beschikbaar, zoals Shapeways of iMaterialise, maar winkel rond en vind de oplossing met de beste balans tussen prijs en snelheid voor jou.
3D-geprinte onderdelen van Shapeways, een online 3D-printservice. Afbeelding tegoed: Lunatics TV via FlickrDe derde optie is een tussenweg hiertussen, maar is afhankelijk van het vinden van een 3D-printer die u lokaal kunt gebruiken. De makerbeweging heeft geresulteerd in een groot aantal lokale makerruimtes, die mogelijk machines hebben die ten koste gaan van invoer en materiaal, of zelfs gewoon iemand die bereid is om tijd te besteden aan een machine voor 3D-modelvaardigheden voor hun projecten. Er naar kijken!
Of je kunt doen wat ik doe en al deze dingen doen! Test snel modellen op uw eigen machines, stuur bestanden op voor alternatieve materialen en doe mee met lokale makers en studenten om dingen te maken.
Dus je weet nu een beetje van de terminologie, enkele van de opties en de voors en tegens van elk. Ga verder en 3D print iets interessants. Zorg er ook voor dat je je ogen open houdt voor toekomstige tutorials die dieper ingaan op enkele details. Als je vragen hebt, plaats deze dan in de comments!
Maak een 3D-afdrukservice voor uw eerste stap naar 3D-afdrukken. Probeer onze tutorial over het maken van een 3D-geprinte mobiele telefoonhoes.
Voorbeeldafbeelding bekijken: Seth Woodworth via Flickr
Accentsconagua