Een 3D printer is een machine die het mogelijk maakt om een 3D model om te zetten naar een fysiek tastbaar product, door middel van een additieve techniek die materiaal toevoert en laag voor laag opbouwt. De 3D printtechniek is de laatste jaren enorm is populariteit toegenomen, wat ervoor zorgt dat het steeds betaalbaarder wordt en makkelijk toe te passen in het dagelijks leven. Wetenschappers verwachten dat de tot 2026 de additieve industrie jaarlijks met gemiddeld 17% groeit.
Werking van een 3D printer
Een FDM 3D printer werkt in lagen, waarin gesmolten kunststof wordt neergelegd door middel van een printkop met een opening variërend tussen de 0.2 en 1.5 mm in diameter. Dit verbruiksmateriaal wordt verhit tussen de 200 – 300 graden Celsius en door middel van tandwielen toegevoerd. Een 3D printer bestaat daarbuiten nog uit een bewegingssysteem, die zorgt voor bewegingen in de X, Y en Z richting. De aandrijvingen van deze bewegende delen zijn voornamelijk stappenmotoren, maar kunnen worden overgebracht door riemen, lineaire geleidingen en lagers. Voor de rest zit er op een 3D printer ook een aansturend gedeelte, dat gegenereerde codes omzet naar printbewegingen en ook de temperatuurregelingen monitort. De genoemde gegenereerde codes worden gemaakt in een zogenoemde slicer, die het gemaakte 3D model omzet naar codetaal voor de 3D printer, ook wel Gcode genoemd.
Werking van een SLA 3D printer
Een SLA 3D printer werkt met een vloeibaar kunsthars bad, ook wel resin genoemd, en met UV lasers, dit het in lagen variërend tussen 0.025 en 0.2 mm uitharden. SLA 3D printers staan bekend om zijn enorm hoge kwaliteit aan 3D prints en de details die er mee te maken zijn. SLA 3D printers werken over het algemeen met twee assen. Het vloeibare resin bad dat heen en weer beweegt en een platform dat in de Z richting omhoog en naar beneden gaat, om steeds een laag kunsthars uit te harden. Omdat resin 3D printers over het algemeen omgekeerd 3D printen worden modellen ook vaak op zijn kop afgedrukt. Om fouten te voorkomen en de krachten op de (meestal fragiele) 3D prints te voorkomen installeren veel leveranciers kantel mechanismen op de 3D printer. Om een nieuwe laag te 3D printen zullen de volgende bewegingen plaatsvinden in chronologische volgorde:
- Platform zakt in de vloeibare resin
- UV lasers harden een resin laag uit tussen de 0.025 en 0.2 mm dik
- Platform stijgt omhoog uit de vloeibare resin indien de laag is uitgehard
- Een schuif veegt een verse laag vloeibare resin onder het platform
- Het platform zakt weer in de vloeibare resin voor de volgende laag
Dit zal worden herhaald tot de 3D print klaar is.
Werking van een SLS 3D printer
Een SLS 3D printer heeft als basis een container vol met nylon poeder, dat door middel van lasers op hoge temperatuur wordt uitgehard, variërend tussen de 0.1 en 0.3 mm dik. Bij SLS 3D printen is geen ondersteuningsmateriaal nodig, gezien het poeder daarvoor de basis is. Al het poeder dat niet is uitgehard tijdens het 3D printen kan grotendeels weer worden hergebruikt in de volgende print opdracht. Bij SLS 3D printen werkt men in een poeder bed, daar laag voor laag wordt opgebouwd door hoge temperatuur lasers. Elke laag wordt er een verse laag poeder op de print geschoven, waardoor in grote vormvrijheid objecten kunnen worden gemaakt. SLS werkt voornamelijk met nylon (PA11 en PA12) poeder, dat zich kenmerkt door zijn sterkte, zijn flexibiliteit en impact resistentie.
Onderdelen van een 3D printer
Een 3D printer bestaat grotendeels uit de volgende onderdelen:
- Een (verwarmd) printbed
- Een printkop bestaande uit print mond, verwarmingselement en temperatuurmeting
- Een toevoer systeem van printmateriaal, ook wel filament genoemd
- Bewegingssysteem in de X, Y en Z richting inclusief stappenmotoren
- Een aansturingsbord, die bewegingen en temperaturen regelt
- Een probe, om de afstand tussen printkop en printbed te meten
- Eindstandmelders, om het maximale printvolume aan te geven
- Een filamentsensor, om aan te geven als het materiaal op is
- Een voeding die zowel de printkop, aansturingsbord en printbed voeden
Deze onderdelen zullen niet veel wijzigen tussen de verschillende leveranciers van 3D printers, maar kunnen in kwaliteit wel veel verschillen. Ook de manier van 3D printen kan anders zijn, wat bovenstaand ook veranderd.
Verschillende 3D printers
Er zijn om de huidige markt veel verschillende 3D printers te onderscheiden. Het grootste deel bestaat uit:
-
FDM 3D printers, bestaande uit cartesian, coreXY en delta 3D printers
- Werkt doormiddel van verwarmd kunststof en wordt aangestuurd doormiddel van Gcode
-
SLA 3D printers
- Werkt doormiddel van vloeibaar kunsthars dat doormiddel van UV lasers wordt uitgehard
-
SLS 3D printers
- Werkt doormiddel van poeder, dat door lasers wordt uitgehard en zonder ondersteuning kan worden geprint
-
DLP 3D printers
- Werkt nagenoeg hetzelfde als SLA 3D printers maar gebruikt geen UV licht maar een licht projector
-
Binder jetting
- Werkt doormiddel van een bindmiddel dat tussen verschillende grondstoffen gebruikt kan worden, vaak zand of keramieken.