3D-printer: hoe de beste filamenten werken en wat ze zijn - eenvoudig uitgelegd

3D-printen wordt steeds populairder. Dit artikel legt uit hoe een 3D-printer werkt, welke filamenten u gebruikt om indrukwekkende modellen af ​​te drukken en enkele praktische tips.

Hoe werkt een 3D-printer?

3D-printers zijn als zand aan zee. Dienovereenkomstig zijn er verschillende technieken voor hoe de printer een model maakt. In principe kunnen echter alle printers worden toegewezen aan een van de vier verschillende technieken.

• Enerzijds is er stereolithografie ("SL" of "SLA"). De printer heeft een bad waarin zich vloeibaar fotopolymeer bevindt. Fotopolymeren zijn kunststoffen die uitharden bij blootstelling aan licht. De printers werken meestal met acryl-, epoxy- of vinylesterhars. De hars wordt uitgehard met een laser. Er is een plateau in het fotopolymeer bassin, dat een beetje naar beneden beweegt na het uitharden van een niveau (dieper in de badkamer). Nadat het model volledig is uitgehard, hebben de kunststoffen een hoge sterkte en chemische bestendigheid. Het voordeel van dit proces is de nauwkeurigheid: de printer kan ook structuren afdrukken die in micrometerformaat zijn. Helaas zijn stereolithografieprinters momenteel nog steeds erg duur.
• Selectief lasersinteren ("SLS") is ook bekend. Stel je een buis voor waarin weer een plateau wordt gebouwd om te begrijpen hoe het werkt. Het plateau bevindt zich aan het begin bovenaan. Allereerst wordt een rol gebruikt om een ​​plastic, een met kunststof bekleed vormzand, een metaal- of keramisch poeder op het plateau te verspreiden. Een laser rijdt vervolgens over het plateau en verwarmt bepaalde punten in het poeder, zodat ze combineren en het eerste niveau van het object wordt gemaakt. Het plateau daalt vervolgens een beetje en het proces begint opnieuw. Een object kan dus stuk voor stuk worden opgebouwd. Wat hier praktisch is, is dat de rest van het materiaal als ondersteunend materiaal kan fungeren en - in tegenstelling tot stereolithografie - geen ondersteunende structuren hoeven te worden afgedrukt.
• Bij klassiek 3D-printen, fused deposition modeling ("FDM"), wordt vloeibaar plastic in lagen op een oppervlak aangebracht met behulp van een extruder, die onmiddellijk uithardt. Vervolgens beweegt het oppervlak een beetje naar beneden (of de extruder omhoog) en wordt de volgende laag afgedrukt. De printers zijn relatief goedkoop en kunnen zelf worden samengesteld met enige knowhow. Steunmateriaal moet echter worden bedrukt voor objecten met "overhang", dat wil zeggen objecten die aan de bovenkant aanzienlijk breder zijn dan aan de onderkant. Bovendien is de afdruknauwkeurigheid relatief onnauwkeurig in vergelijking met stereolithografie. Voor hobbyisten en geïnteresseerden is dit echter precies de juiste procedure.

Welke filamenten zijn er?

Met fused deposition modelling print je met zogenaamde filamenten. Dit zijn rollen waarop thermoplastische materialen in draadvorm worden gewikkeld. Er zijn echter enkele verschillen afhankelijk van het type.

• Polylactiden ("PLA") worden het meest gebruikt in printers. Het plastic wordt meestal verkregen uit regeneratieve bronnen, zoals maïszetmeel. Desondanks is het niet biologisch afbreekbaar. Het plastic is voedselveilig en waterafstotend vanwege de methylgroep. Het is ook vlamvertragend en langdurig bestand tegen UV-straling. Het grootste voordeel is echter het afdrukken: er is geen onaangename geur.
• Acrylonitril-butadieen-styreencopolymeer ("ABS") wordt ook zeer vaak gebruikt. Dit plastic is een van de meest gebruikte kunststoffen ter wereld. Het is bijzonder bestand tegen oliën, vetten en hoge temperaturen. In tegenstelling tot PLA is ABS aanzienlijk harder. Adem de geur van dit plastic echter niet in tijdens het afdrukken. Aansprakelijkheid is een groot probleem bij het afdrukken. Hoewel PLA goed hecht aan een verwarmde glasplaat, hechten sommige soorten ABS zeer slecht ondanks het zeer hete verwarmingsbed en het dubbelzijdige plakband. Er kunnen echter zeer mooie modellen worden gemaakt met ABS. Na het afdrukken hebben de modellen meestal een matte kleur. Als u het model echter onder een glazen koepel plaatst die een doek bevat die is bevochtigd met aceton, wordt het model na enige tijd vrij glad: ABS is oplosbaar in aceton, methylethylketon of dichloormethaan.
• Polyvinylalcohol ("PVAL" of "PVOH"), die wordt geproduceerd door hydrolyse van polyvinylacetaat, is zeer praktisch voor modellen met een overhang. Het bijzondere van dit plastic is dat het in water oplosbaar is. In een 3D-printer met twee extruders kunt u bijvoorbeeld een model afdrukken met PLA, maar de ondersteuningsstructuur met PVAL. Dit plastic is echter niet geschikt als filament voor het afdrukken van het werkelijke model, omdat het water uit de lucht wordt opgenomen en de modellen niet lang meegaan.
• High Impact Polystyreen ("HIPS") wordt meestal gebruikt als ondersteunend materiaal voor ABS. Dit plastic heeft een hoge slagvastheid en hardheid, maar kan worden opgelost door limoneen, bijvoorbeeld in citroenolie.
• Afdrukken met PLA-verbindingen is bijzonder exclusief. Dit is een mengsel van PLA en deeltjes van andere stoffen. U kunt bijvoorbeeld ook afdrukken met hout of koper.
• Polycarbonaten ("PC") worden zelden gebruikt bij het afdrukken. Het voordeel hier is de zeer hoge smelttemperatuur van 270 ° C tot 300 ° C. Dit plastic heeft ook een hoge slagvastheid en hittebestendigheid.
• Als u tandwielen of schroeven wilt afdrukken die sterke krachten moeten doorstaan ​​en niet mogen breken, wordt polyhexamethyleenadipinezuuramine, ook bekend als "nylon" of "PA", aanbevolen.
• "Elastische" of "Flex" -filamenten, die meestal uit verschillende materialen bestaan, zijn vaak op internet te vinden. Het grootste voordeel hier is flexibiliteit. Hiermee kunt u flexibele en rubberachtige modellen afdrukken. In de regel worden thermoplastische elastomeren op basis van urethaan ("TPU") als hoofdbestanddeel gebruikt.
• U kunt ook kopjes en borden afdrukken. Hiervoor heb je voedselveilig plastic nodig. Naast PLA is er ook polypropyleen ("PP"), dat ook enigszins flexibel is. Een voedselveilige combinatie van PLA en ABS is PETG, dat ook gemakkelijk te printen is en zeer weersbestendig is.

Hoe werkt een drukproces?

Eerst maakt u een 3D-model met een CAD-programma en slaat u dit op als STL-bestand.

• Dit STL-bestand wordt vervolgens in een slicing-programma geladen, zoals Cura of Slic3r.
• In het slicing-programma kunt u de eigenschappen van het model instellen, zoals de vuldichtheid of het gebruik van ondersteuningsstructuren.
• Het programma converteert vervolgens het 3D-model naar een G-code. Dit bevat alle posities waarnaar de extruder na elkaar moet worden verplaatst. Ondertussen wordt de gloeidraad geëxtrudeerd, waardoor een haptisch model ontstaat.

In de volgende praktische tip geven we u een inleiding tot het CAD-programma "Solid Edge", waarmee u veel praktische 3D-modellen kunt maken.