Basisprincipes van 3D-afdrukken: soorten 3D-printers

3D-printen werkt niet helemaal zoals normaal printen - terwijl als het gaat om inkt op papier, zowat elke machine die, nou ja, papier en inkt gebruikt, het doet, 3D-printen een stuk specifieker is. Niet elke printer, of zelfs elk type printer is geschikt voor elk filamenttype of project - je moet je onderzoek doen voordat je er een kiest om er zeker van te zijn dat je het juiste type krijgt voor je behoeften.

Hier is een samenvatting van enkele van de meest voorkomende soorten 3D-printers die u kunt vinden. Het is geen uitgebreide lijst, maar dit zijn de dingen die een beginnend 3D-printenthousiasteling moet weten!

SLA

SLA of Stereolithografie was de allereerste vorm van 3D-printen ooit. Gemaakt in 1986 door Chuck Hall, maakt het gebruik van een druktechniek die Vat Polymerisation wordt genoemd - het maakt gebruik van fotopolymeergom die wordt blootgesteld aan een lichtbron. Dit type printer is ideaal voor gladde oppervlakken en hoge detailniveaus op geprinte projecten.

Het is niet bepaald een voor beginners en heeft veel toepassingen in de geneeskunde, waar het wordt gebruikt om zowel anatomische modellen als microfluïdica af te drukken. De printer gebruikt meerdere spiegels die zijn opgesteld om een ​​laserpilaar over het tandvlees te richten dat als filament wordt gebruikt, zodat het de verschillende lagen in de vormingszone kan vormen.

Nauwkeurigheid en snelheid zijn de sleutelwoorden en 3D-printprojecten worden vanaf de basis opgebouwd. Naast de genoemde toepassingen in de geneeskunde is deze druktechniek ook bruikbaar in de luchtvaart en de auto-industrie. Printers van dit type zijn onder andere ProJets en Vipers.

SLS

Specifieke lasersintering of SLS verzacht nylonpoeders tot een stevige plastic constructie. De gebruikte materialen zijn thermoplasten, wat betekent dat de resultaten sterk zijn, geschikt voor snap-fits en high impact toepassingen. De gebruikte techniek heet power bed fusion. Een thermoplast wordt verwarmd tot net voordat het vloeibaar wordt en vervolgens in lagen op de vormfase aangebracht. Een laser wordt gebruikt om het poeder dat is gestapeld tot een stevige, harde laag te sinteren - en wanneer een dwarssegment voltooid is, zakt het podium met de hoogte van die laag, wordt meer poeder toegevoegd en sintert de laser het opnieuw tot een vaste stof.

Overtollig poeder dat wordt toegevoegd maar niet wordt gesinterd, dient als een soort ondersteunend materiaal dat uiteindelijk zal wegvallen. Ondersteuningsstructuren zijn hierdoor niet nodig. Het belangrijkste voordeel van SLS is dat het geweldige mechanische eigenschappen creëert, met als nadeel een langere doorlooptijd dan andere typen printers. Voorbeelden zijn de Sinterit Lisa, Formlabs Fuse 1 en Sharebot SnowWhite 2.

FDM/FFF

Fused Deposition Modeling en Fused Filament Fabrication zijn vergelijkbare soorten printers. Ze verdrijven een plastic vezel laag voor laag op de vormingsfase. Zo kunnen relatief snel en efficiënt complete modellen worden gemaakt. Gemaakte oppervlakken zijn meestal allesbehalve glad en de resulterende modellen zijn meestal ook niet te sterk. Met andere woorden, het daadwerkelijke gebruik van geprinte onderdelen kan vrij beperkt zijn. Desondanks is dit type printer een uitstekende keuze voor beginners, omdat het experimentvriendelijk en vrij eenvoudig te gebruiken is.

Dat gezegd hebbende, kan dit type printer een van de meer betaalbare zijn voor printers met een beperkt budget. Een spoel filament wordt in de printer geleid en vervolgens door een verwarmde tuit geduwd. De meest gebruikte materialen zijn PLA, ABS en PET, maar enkele andere werken ook, afhankelijk van de gebruikte tuit.

De kop van de printer beweegt langs vaste assen en geeft het vloeibaar gemaakte plastic laag voor laag af. Wanneer een laag is voltooid, wordt de volgende laag gestart totdat het object is voltooid. Enkele van de beste toepassingen voor deze techniek zijn armaturen en behuizingen, maar FFF en FDM zijn ook geschikt voor allerlei kleine ijdelheidsprintprojecten.

Printermodellen omvatten de Snapmaker en Ultimaker, evenals tal van andere. Gezien hoe wijdverbreid dit type printer nu is, zijn er veel verschillende modellen in alle prijsklassen.

DLP

Digital Light Processing lijkt enigszins op SLA-afdrukken. Het drukt sneller af en legt tegelijkertijd lagen bloot in plaats van het in dwarsdelen te doen met behulp van een laser. SLA en DLP hebben vergelijkbare gebruiksdoeleinden en zijn modellen van het type infusievorm. In tegenstelling tot FFF zijn oppervlakken glad en daarom kunnen projecten toepassingen vinden in zaken als tandheelkundige toepassingen.

Aan de andere kant zijn DLP-afdrukken enigszins zwak. Ze zijn normaal gesproken niet nuttig voor mechanische onderdelen of iets dat bijzondere stabiliteit vereist. Wat betreft de verschillen tussen SLA en DLP - waar de eerste een laser gebruikt om ronde vormen te tekenen, gebruikt DLP een scherm om vierkante voxels van een bepaalde minimale grootte te projecteren om de vormen te creëren die worden afgedrukt.

Printers van dit type zijn de Micromake L2, SprintRay Moonray en Anycubic Photon S.

MJF

Multi Jet Fusion-printers assembleren onderdelen uit nylonpoeder. In plaats van een laser (zoals bij SLS-afdrukken), wordt een inkjetcluster gebruikt om de warmte toe te passen om het poeder te smelten. Het resultaat is stabielere en voorspelbare mechanische eigenschappen, evenals betere oppervlakteresultaten.

De snellere fabricagetijden die deze techniek biedt, leiden ook tot lagere creatiekosten. De printkop spuit honderden kleine druppeltjes fotopolymeer die later in UV-licht worden uitgehard en gestold. Wanneer een laag is uitgehard, wordt de volgende laag aangebracht totdat het object klaar is.

Deze techniek heeft wel hulpmateriaal nodig dat er na de behandeling uit wordt gehaald. Hoewel dat voor problemen kan zorgen, is MJF een van de weinige technieken waarmee printers meerdere objecten in één regel kunnen produceren zonder in te boeten op de bouwsnelheid. Het kan ook dingen produceren met verschillende materialen en in volle toon. Dit betekent dat MJF, indien optimaal gerangschikt, kleine identieke onderdelen aanzienlijk sneller in massa kan produceren dan elk ander printertype. Printers van dit type omvatten de HP Jet Fusion-serie.

PolyJet

PolyJet-printers produceren soepele en nauwkeurige onderdelen die geschikt zijn voor verschillende dingen. Ze bieden een microscopisch kleine laagresolutie en kunnen zowel dunne wanden als complexe elementen produceren, aangezien ze kunnen werken met de meest uiteenlopende materialen uit elke 3D-printer (op voorwaarde dat ze zijn uitgerust met het juiste mondstuk/bed natuurlijk). PolyJet-prints kunnen worden gebruikt om armaturen, mallen en verschillende productietools te maken.

Er is een verscheidenheid aan printermodellen speciaal voor gebruik in tandheelkundig werk - voor tandtechnische laboratoria en tandheelkundig printen. De snelle en hoogwaardige afdrukken die het resultaat zijn van deze technologie maken het een uitstekende keuze voor dat soort medisch gebruik. Deze printers werken met behulp van verschillende spuitkoppen - ze brengen een laag bouwmateriaal aan door langs een as te schuiven. Elke kop draagt ​​verschillende hoeveelheden bij op verschillende plaatsen om te creëren wat de vorm van die laag ook is. De meest voorkomende opstellingen van deze printers zijn voorzien van een printkop in inkjetstijl met meerdere mondstukken.

De gedistribueerde materialen worden geflitst en uitgehard door een UV-laag voordat de printer verder beweegt - het platform laat een laag vallen en de volgende laag wordt toegevoegd. De grondstoffen en filamenten worden niet op spoelen opgeslagen, maar in cartridges die zijn aangesloten op de nozzles, net zoals bij een gewone inkjetprinter. Printers van dit type zijn onder meer de Connex 3-serie, de Objet30 en de J5 DentaJet.

DMLS

DMLS-printers hebben één primaire toepassing: het afdrukken van op metaal gebaseerde dingen. Door gebruik te maken van op metaal gebaseerde additieven, zijn DMLS de standaardmachines voor alle soorten 3D-prints met MF-filamenten. Terwijl sommige andere printers het materiaal ook kunnen verwerken, zijn DMLS-printers bijzonder goed in het maken van uniforme onderdelen met vergelijkbare eigenschappen als dingen die uit 'normaal' metaal zijn gegoten.

DMLS is een afkorting voor Direct Metal Laser Sintering, en dat is precies hoe het werkt: het gebruikt een krachtige laser om poedervormige lagen metaal/kunststofmengsels te smelten voordat ze opnieuw worden uitgehard om het project te creëren. Het werkt vergelijkbaar met hoe men zou kunnen lassen of solderen met een zeer fijne en nauwkeurige laser, maar het is sneller en veel nauwkeuriger dan mensenhanden zouden kunnen hopen.

Deze printers zijn vrij ingewikkeld in gebruik en vereisen/gebruiken een aantal onconventionele elementen (zoals de meestal met argongas gevulde bouwkamer) en zijn daarom helemaal niet geschikt voor beginners, vooral gezien hun pijnlijk hoge prijzen. Dat gezegd hebbende, ze kunnen werken met verschillende legeringen en metalen, waaronder staal, titanium, nikkel, kobalt en koper. DMLS-printermodellen zijn de EOS M 290 en de FormUp 350.

EBM

Electron Beam Melting is een vorm van poederbedfusiedruk. Het gebruikt een elektronenstraal in plaats van de typische laser om deeltjes samen te smelten en het onderdeel te bouwen. Het creëert ongelooflijk stabiele en resistente structuren door metaal op metaal te smelten. Momenteel wordt deze technologie alleen gebruikt en geproduceerd door één bedrijf: GE Additive.

In vergelijking met andere printers die lasers als warmtebron gebruiken, gebruiken EBM-printers een elektronenkanon om in vacuüm elektronen te extraheren uit bijvoorbeeld een wolfraamstaalfilament. Ze worden vervolgens versneld en geprojecteerd op het metaalpoeder dat voor elke laag wordt afgezet.

Bij het printen van het project worden overtollige poeders verwijderd met een blaaspistool. Omdat het hele proces onder vacuüm plaatsvindt, oxideren onderdelen en poeder niet terwijl ze worden gebruikt - en wanneer de afdruk is voltooid, kan een goede hoeveelheid van het ongebruikte poeder direct worden gebruikt. Dit is anders dan de meeste andere printtechnieken en verlaagt de printkosten aanzienlijk, omdat materialen behoorlijk duur kunnen worden, vooral als het gaat om metalen filamenten.

Vergeleken met laserstraalprinters hebben elektronenstraalprinters het voordeel van snelheid, maar hebben ze een beetje te lijden van precisie en maximale productieonderdeelgrootte. Omdat de straal breder is dan een laser, kunnen sommige dingen die mogelijk zijn met een laser niet worden gedaan in een EBM-printer. Gezien het beperkte aantal beschikbare printermodellen, is er ook een beperking op onderdeelgroottes - het productievolume van een laserprinter kan gemakkelijk het dubbele zijn van dat van een vergelijkbaar EBM-model.