3D-printen: wat u moet weten

Ze zijn niet de daisy wheel-printer van je opa of de dotmatrix van je moeder. Ze lijken zelfs weinig op de hedendaagse document- of fotoprinters, die alleen in saaie oude twee dimensies kunnen afdrukken. Zoals hun naam al doet vermoeden, kunnen 3D-printers driedimensionale objecten bouwen, uit verschillende materialen. Ze worden mainstream en verschijnen bij retailers zoals Staples, Best Buy en Home Depot, en je kunt talloze 3D-printers en hun benodigdheden kopen op Amazon.com en via andere online verkooppunten. Hoewel het meestal nog steeds te vinden is op werkvloeren of in ontwerpstudio's, in scholen en buurthuizen, en in handen van hobbyisten, worden 3D-printers steeds vaker gevonden op werkbanken, in ontspanningsruimten en keukens - en misschien in een huis in uw buurt, als niet die van jou.

Wat is 3D-printen?

In zijn meest elementaire vorm is 3D-printen een productieproces waarbij materiaal laag voor laag wordt neergelegd om een ​​driedimensionaal object te vormen. (Dit wordt als een additief proces beschouwd omdat het object helemaal opnieuw is opgebouwd, in tegenstelling tot subtractieve processen waarbij materiaal wordt gesneden, geboord, gefreesd of machinaal bewerkt.) Hoewel 3D-printers verschillende materialen gebruiken (zoals plastic of metaal) en technieken (zie "Hoe werkt 3D-afdrukken?" hieronder), delen ze de mogelijkheid om digitale bestanden met driedimensionale gegevens om te zetten - ongeacht of deze zijn gemaakt met een computerondersteund ontwerp (CAD) of computerondersteund productieprogramma (CAM), of van een 3D-scanner - in fysieke objecten.

Is 3D-printen gelijkmatig printen?

Ja, 3D-afdrukken kan worden beschouwd als afdrukken, hoewel niet zoals het traditioneel is gedefinieerd. De definities van "relevante" Webster van "drukken" concentreren zich op de productie van drukwerk, publicaties of foto's, en het produceren door middel van indruk (de toepassing van druk). Geen van beide definities past echt bij 3D-printen. Maar vanuit technologisch perspectief is 3D-printen een uitkomst van traditioneel printen, waarbij een laag materiaal (meestal inkt) wordt aangebracht. Meestal is het zo dun dat er geen merkbare hoogte is (hoewel het met dikkere inktprinters iets dikker is). Wat 3D-printen doet, is die hoogte aanzienlijk vergroten door de toepassing van meerdere lagen. Het zou dus logisch zijn om de definitie van afdrukken uit te breiden met de fabricage van driedimensionale objecten op deze manier.

Hoe werkt 3D-printen?

Net als traditionele printers, maken 3D-printers gebruik van verschillende technologieën. De meest bekende is fused deposition modelling (FDM), ook bekend als fused filament fabrication (FFF). Daarin wordt een gloeidraad - samengesteld uit acrylonitril-butadieenstyreen (ABS), polymelkzuur (PLA) of een ander thermoplastisch materiaal - gesmolten en in lagen afgezet door een verwarmd extrusiemondstuk. De eerste 3D-printers die halverwege de jaren negentig op de markt werden gebracht, gemaakt door Stratasys met hulp van IBM, gebruikten FDM (een handelsmerk van Stratasys), net als de meeste 3D-printers voor consumenten, hobbyisten en scholen.

Een andere technologie die wordt gebruikt in 3D-printen is stereolithografie. Daarin schijnt een UV-laser in een vat met ultravioletgevoelig fotopolymeer, dat het te creëren object op het oppervlak volgt. Het polymeer wordt vast waar de straal het raakt en de straal "drukt" het object laag voor laag af volgens de instructies in het CAD- of CAM-bestand waaruit het werkt.

In een variatie daarop, heb je ook digitale light projector (DLP) 3D-printen. Deze methode stelt een vloeibaar polymeer bloot aan licht van een digitale lichtverwerkingsprojector. Dit hardt het polymeer laag voor laag uit totdat het object is gebouwd en het resterende vloeibare polymeer wordt afgevoerd.

Multi-jet modellering is een inkjetachtig 3D-printsysteem dat een gekleurd, lijmachtig bindmiddel op opeenvolgende poederlagen spuit waar het object moet worden gevormd. Dit is een van de snelste methoden en een van de weinige methoden die afdrukken in meerdere kleuren ondersteunt.

Het is mogelijk om een ​​standaard inkjet aan te passen om af te drukken met andere materialen dan inkt. Ondernemende doe-het-zelvers hebben printkoppen, meestal piëzo-elektrische koppen, gebouwd of gemodificeerd om met verschillende materialen te werken - in sommige gevallen de printkoppen zelf afdrukken op andere 3D-printers! Bedrijven zoals MicroFab Technologies verkopen 3D-compatibele printkoppen (evenals complete printsystemen).

Selectieve lasersintering (SLS) maakt gebruik van een krachtige laser om deeltjes van plastic, metaal, keramiek of glas samen te smelten. Aan het einde van de taak wordt het resterende materiaal gerecycled. Electron beam smelten (EBM) gebruikt - je raadt het al - een elektronenstraal om metaalpoeder laag voor laag te smelten. Titanium wordt vaak gebruikt met EBM om medische implantaten en vliegtuigonderdelen te synthetiseren.

Afhankelijk van de techniek kunnen 3D-printers verschillende materialen gebruiken, waaronder maar niet beperkt tot metalen (waaronder roestvrij staal, soldeer, aluminium en titanium); kunststoffen en polymeren (inclusief composieten die kunststoffen combineren met metalen, hout en andere materialen); keramiek; gips; glas; en zelfs levensmiddelen zoals kaas, glazuur en chocolade! (Zie onze inleiding over 3D-printerfilamenttypen.)

Wie vond 3D-printen uit?

De eerste 3D-printer, die de stereolithografietechniek gebruikte, werd halverwege de jaren tachtig gemaakt door Charles W. Hull. Stereolithografie is grotendeels een dure commerciële techniek, met machines die vaak $ 100.000 of meer kosten.

In 1986 richtte Hull 3D Systems op, een bedrijf dat tegenwoordig 3D-printers verkoopt die verschillende technologieën gebruiken. Ze variëren van instapkits tot geavanceerde commerciële systemen, en 3D Systems biedt ook on-demand onderdelendiensten, meestal aan zakelijke gebruikers.

Wat zijn de voordelen van 3D-printen?

Met 3D-printen hebben ontwerpers de mogelijkheid om concepten snel om te zetten in 3D-modellen of prototypes (ook wel "rapid prototyping" genoemd) en snelle ontwerpwijzigingen door te voeren. Hiermee kunnen fabrikanten producten op aanvraag produceren in plaats van in grote oplagen, waardoor het voorraadbeheer wordt verbeterd en de magazijnruimte wordt beperkt. Mensen op afgelegen locaties kunnen objecten maken die anders voor hen niet toegankelijk zouden zijn.

Vanuit praktisch oogpunt kan 3D-printen geld en materiaal besparen versus aftrektechnieken, omdat er zeer weinig grondstof wordt verspild. En het belooft de aard van de productie te veranderen, waardoor consumenten uiteindelijk bestanden kunnen downloaden voor het afdrukken van zelfs complexe 3D-objecten - inclusief bijvoorbeeld elektronische apparaten - in hun eigen huis.

Wat kunnen 3D-printers maken?

Ontwerpers gebruiken 3D-printers om snel productmodellen en prototypes te maken, maar ze worden ook steeds vaker gebruikt om eindproducten te maken. Onder de items die met 3D-printers zijn gemaakt, zijn schoenontwerpen, meubels, wax-gietstukken voor het maken van sieraden, gereedschappen, statieven, cadeau- en nieuwigheden en speelgoed. De auto- en luchtvaartindustrie gebruiken 3D-printers om onderdelen te maken. Kunstenaars kunnen sculpturen maken en architecten kunnen modellen van hun projecten maken. Archeologen gebruiken 3D-printers om modellen van fragiele artefacten te reconstrueren, waaronder enkele van de oudheden die de afgelopen jaren door ISIS zijn vernietigd. Evenzo kunnen paleontologen en hun studenten dinosaurusskeletten en andere fossielen dupliceren. Bekijk onze galerij met eenvoudige en praktische 3D-printerobjecten.

Artsen en medische technici kunnen 3D-printen gebruiken om protheses, gehoorapparaten, kunsttanden en bottransplantaten te maken, evenals replicatiemodellen van organen, tumoren en andere interne lichaamsstructuren van CT-scans als voorbereiding op een operatie. Een goed voorbeeld is Project Daniel, dat prothetische armen en handen 3D-print voor slachtoffers van het geweld in Soedan. Ook worden er 3D-printers ontwikkeld die lagen cellen kunnen leggen om kunstmatige organen (zoals nieren en bloedvaten) te maken, zich al in de R & D-fase. Er is zelfs een plek voor 3D-printen in forensisch onderzoek, bijvoorbeeld om een ​​kogel in een slachtoffer te repliceren.

Gedrukte elektronica is een set afdrukmethoden waarmee elektronische apparaten of schakelingen kunnen worden afgedrukt op flexibel materiaal zoals etiketten, stoffen en karton, door toepassing van elektronische of optische inkten. Het biedt zeer goedkope fabricage van low-performance apparaten. Gedrukte elektronica begint te worden gecombineerd met 3D-printen, waardoor gelaagde circuits of apparaten kunnen worden bedrukt. Een natuurlijke uitkomst van deze krachtige combinatie is dat je op een dag misschien gadgets uit 3D-plannen kunt afdrukken in plaats van ze te kopen.

Voedselbereiding is een andere manier waarop 3D-printers kunnen worden gebruikt. Het Franse culinaire instituut gebruikt een open-source 3D-printer ontwikkeld aan de Cornell University om artistieke lekkernijen te bereiden, en MIT heeft een 3D-voedselprinter gemaakt met de naam Cornucopia. Een klein aantal restaurants test prototypes van voedselprinter. NASA's 3D-printonderzoek omvatte het printen van voedsel, zoals 3D-geprinte pizza.

Een handvol 3D foodprinters is in de handel verkrijgbaar. Ze hebben de neiging zich te concentreren op bepaalde etenswaren, zoals chocolade of pannenkoeken of koekjes.

Wat zijn 3D-printservices?

U hoeft geen 3D-printer te bezitten om hiervan te profiteren. Veel 3D-printservices, zoals Shapeways en Sculpteo, printen geschenken en andere kleine artikelen op bestelling op hun eigen 3D-printers en verzenden deze vervolgens naar de klant. Klanten kunnen hun eigen 3D-objectbestanden indienen of items, de meeste ontworpen door andere gebruikers van de service, uit een online catalogus kiezen.

Maar 3D-printservices zijn niet langer alleen het domein van specialisten. Grote bedrijven zoals Staples en UPS hebben 3D-printservices geïntroduceerd en sommige traditionele printshops hebben 3D-printing aan hun repertoire toegevoegd.

Waar kan ik een 3D-printer krijgen?

De meeste fabrikanten van 3D-printers verkopen hun producten rechtstreeks online. Veel e-tailers hebben ze nu op voorraad, inclusief alleen online bedrijven zoals Amazon.com, en anderen die ook fysieke winkels hebben. Sommige van deze laatste, zoals Walmart, Best Buy en Staples, bieden ze zowel in de winkels als online aan, maar let op de beschikbaarheid van de winkels op hun websites, want niet alle winkels dragen ze. Verschillende grote 3D-printerwinkels zijn geopend in de grote steden. Zo heeft iMakr winkels in Londen en New York City.

Een paar online retailers zijn gespecialiseerd in 3D-printers, zoals Dynamism, dat een reeks 3D-printers van verschillende merken verkoopt en ook klantenondersteuning biedt.

Welke software heb ik nodig voor 3D-printen?

Bijna alle 3D-printers accepteren bestanden in het zogenaamde STL-formaat (genoemd naar stereolithografie). Dit soort bestanden kan worden geproduceerd door vrijwel alle CAD-software, van dure commerciële pakketten zoals AutoCAD tot gratis of open-source producten zoals Google SketchUp en Blender. Voor degenen die niet geneigd zijn om hun eigen 3D-bestanden te maken, bieden 3D-objectdatabases zoals Thingiverse van MakerBot talloze 3D-objectbestanden die kunnen worden gedownload en afgedrukt.

De meeste 3D-printers worden geleverd met een softwaresuite, ofwel op schijf of beschikbaar om te downloaden, die alles bevat wat u nodig hebt om te printen. De suites bieden meestal een programma voor het besturen van de printer en een slicer, die, ter voorbereiding op het afdrukken, het objectbestand opmaken in lagen op basis van de geselecteerde resolutie en andere factoren. Sommige suites bevatten een programma om het objectbestand te 'helen' door problemen te corrigeren die een probleem kunnen veroorzaken met soepel afdrukken. De programma's kwamen voort uit de RepRap open-source beweging, waaruit hobbyistisch 3D-printen is ontstaan. Bij sommige printers kunt u de afzonderlijke componentprogramma's kiezen die u wilt downloaden in plaats van te kiezen voor wat in de suite is inbegrepen.

Wat heeft de toekomst voor 3D-printen?

Een verscheidenheid aan 3D-printers voor thuis en kleine bedrijven is direct beschikbaar - PCMag heeft er een behoorlijk aantal beoordeeld - maar ze worden nog steeds vaak gezien als exotische, en vrij dure, constructies. Verwacht dat dit binnen de komende jaren zal veranderen, wanneer 3D-printers meer gemeengoed worden in huizen - te vinden op werkbanken, in studio's, thuiskantoren en zelfs in de keuken. Je vindt ze misschien niet in elk huishouden, maar ze zullen onmisbaar worden voor die mensen die ze wel hebben. Voor het grootste deel hebben items gemaakt met 3D-printers een homogeen interieur, maar we zullen complexere creaties gaan zien die meerdere materialen en composieten combineren, evenals afdrukbare elektronica. Als u bij de huidige 3D-printers de batterijklep van de afstandsbediening van uw tv verliest, kunt u een vervangende klep afdrukken. Als je morgen de afstandsbediening verliest, kun je een nieuwe afstandsbediening afdrukken.

Ook krijgt 3D-printen voet aan de grond in de ruimte. NASA experimenteert met 3D-printers aan boord van het internationale ruimtestation. Uiteindelijk zouden 3D-printers kunnen worden gebruikt om habitats op Mars en andere werelden te creëren. Om de Apollo 13-astronauten te redden van het sterven aan koolmonoxide-verstikking, moest NASA in feite een manier vinden om een ​​vierkante pen in een rond gat te passen. Als er een 3D-printer aan boord was geweest, konden ze het probleem mogelijk eenvoudig oplossen door een connector te ontwerpen en af ​​te drukken.

Astronauten kunnen niet slingeren door Home Depot als ze een klep of widget moeten vervangen, maar een 3D-printer kan er desgewenst een maken. Evenzo zien we 3D-printers in Antarctische bases en andere afgelegen aardse locaties, waar mensen niet zes maanden kunnen wachten op de volgende levering om essentiële onderdelen of hulpmiddelen te vervangen.

Medische toepassingen van 3D-printen stoppen niet bij protheses, gehoorapparaten en tandheelkundige kronen. (Zie "Wat kunnen 3D-printers maken?" Hierboven voor een voorbeeld van wat er aan de hand is.) Vervangende onderdelen hoeven niet beperkt te zijn tot het mechanische.

De afgelopen jaren hebben we een explosie gezien in de variëteit en het gebruik van 3D-printers. Het is vergelijkbaar met waar personal computing ongeveer 1980 was. Hoewel het gemakkelijk genoeg is om sommige gebieden te zien waarin het gebied van 3D-printen zich vertakt, anderen liggen buiten ons vermogen om te voorspellen, net zoals niemand in 1980 veel had kunnen bedenken wat de personal computer zou veranderen in. Het is mogelijk dat 3D-printen niet dezelfde impact heeft als de pc, maar het kan wel een revolutie teweegbrengen in de productie en, misschien nog belangrijker, in handen van de dagelijkse consument brengen. Eén ding is zeker: 3D-printen is een blijvertje.

Bekijk voor meer informatie onze gids voor de 10 beste 3D-printers en enkele inzichten van een vroege gebruiker.