VIVES - bachelor kunststofverwerking - 3D printen

3D printen docent Karolien Vandersickel studiegebied industriële wetenschappen en technologie bachelor in de ontwerp- en productietechnologie campus Kortrijk academiejaar 2022-2023

Legende van de gebruikte iconen

Legende van de gebruikte iconen

Beeldfragment / Foto

Opdracht

Belangrijke informatie

Presentatie (PowerPoint)

Bijlage

Rekenblad (Excel)

Denkvraag

Studeeraanwijzingen

Doelstelling

Tijdsinschatting

Formule

Toledo

Geluidsfragment / Muziek

Voorbeeld

Informatie

Videofragment

Lezen

Website

Niet vergeten

Zelfstudie

Niet verplichte leerstof

(Zelf)toets

3D printen - ©Karolien Vandersickel

II

Inhoudsopgave

Inhoudsopgave Legende van de gebruikte iconen .......................................................................... II Inhoudsopgave .................................................................................................... III ECTS fiche ............................................................................................................. 1 3D Printen ............................................................................................................ 4 1

Wat is 3D printen? ...................................................................................... 5

1.1

Van idee tot tastbaar product ............................................................................. 6

1.2

Additive manufacturing versus conventionele technieken................................. 6

1.3

Wanneer kiezen voor 3D printen? ...................................................................... 7

2

Geschiedenis van het 3D Printen.................................................................. 8

2.1

De Pionier ............................................................................................................ 8

2.2

Commercialisering van 3D printen ...................................................................... 8

2.3

Huidige trends en de toekomst ........................................................................... 9

2.4

De beloftes van 3D printen................................................................................ 10

3

Additive manufacturing technieken ........................................................... 11

3.1

Fused deposition modeling (FDM) .................................................................... 13

3.2

Stereolythografie (SLA)...................................................................................... 17

3.3

Powder bed fusion ............................................................................................ 20

3.4

Jetting ................................................................................................................ 25

3.5

Cladding ............................................................................................................. 28

3.6

Speciale technieken ........................................................................................... 30

4

Kiezen van de juiste printer ....................................................................... 32

5

Ontwerpen voor 3D printen....................................................................... 34

5.1

Van 3D-ontwerp naar printer ............................................................................ 34

5.2

Richtlijnen voor 3D ontwerp ............................................................................. 40

Bibliografie ......................................................................................................... 60

3D printen - ©Karolien Vandersickel

III

ECTS fiche

ECTS fiche Hieronder volgt een samenvatting van de belangrijkste elementen uit de ECTS fiche van ‘3D printen & kunststofverwerking’. De volledige ECTS fiche is terug te vinden op de website van VIVES en op Toledo.

Algemeen Domeinspecifieke leerresultaten •

DLR02: Construeren: De PBA OPT kiest op basis van een constructiedossier een efficiënte productiemethode en past deze toe, rekening houdend met de randvoorwaarden.

•

DLR03: Meten, testen en simuleren: De PBA OPT zet een onderzoeksvraag om naar een meet- of testopstelling of simulatie van waaruit relevante meetof berekeningsresultaten afgeleid worden.

Doelstellingen Na het voltooien van het opleidingsonderdeel '3D printen & kunststofverwerking' kent de student... de verschillende technieken om materialen te 3D printen. (DRL2) de verschillende verwerkingstechnieken voor kunststoffen. (DRL2, DRL3) Daarnaast kan de student heel wat technieken toepassen in de praktijk. (DRL2, DRL3)

Theorie 3D printen & kunststofverwerking Het opleidingsonderdeel '3D printen & kunststofverwerking', biedt de student de mogelijkheid om kennis te maken met de verwerking van kunststoffen. In een breed overzicht komen de verschillende verwerkingstechnieken aan bod. Daarnaast wordt dieper ingegaan op 3D printen.

Onderstaande thema's komen aan bod: •

3D print processen (kunststoffen en metalen)

•

Kunststofverwerking van thermoplasten ( spuitgieten, extruderen, thermovormen, foliebazen, ...)

•

Kunststofverwerking van thermoharders en elastomeren ( gieten, persen, ... )

•

Kunststofverwerking van composieten ( lamineertechniek, mallenbouw, ... )

3D printen - ©Karolien Vandersickel

1

ECTS fiche

Studiemateriaal •

Vandersickel K. (2018), 3D printen, VIVES: Kortrijk

•

Vandersickel K. (2018), Kunststofverwerking, VIVES: Kortrijk

•

Slides beschikbaar via Toledo

•

Extra materiaal beschikbaar via Toledo

Werkvorm De theorielessen worden voornamelijk gegeven onder de vorm van hoorcolleges, aangevuld met ...

•

demonstraties

•

film- en beeldmateriaal

•

bedrijfsbezoeken afhankelijk van de mogelijkheden

De bedrijfsbezoeken ...

•

vallen buiten het voorziene urenpakket

•

aanwezigheid is verplicht

•

tenzij anders afgesproken is dit met eigen vervoer

Labo 3D printen & kunststofverwerking Naast het theoretische luik krijgt de student in het opleidingsonderdeel '3D printen & kunststofverwerking' de mogelijkheid om ook in de praktijk ervaring op te doen.

Hiervoor worden voornamelijk de machines beschikbaar in de werkplaats gebruikt.

•

Spuitgietmachine

•

Thermovormmachine

•

Silicone mallen

•

Laser cutter + plooibank

•

3D printer

•

…

Werkvorm Naast demonstraties gaat de student voornamelijk zelf aan het werk •

Opdrachten worden individueel of in groep uitgevoerd.

•

De student wordt beoordeeld op de medewerking en attitude tijdens de labo's.

•

Het labo wordt verwerkt in een verslag/presentatie waaruit de opgedane ervaring/ kennis blijkt.

Mogelijks wordt het labo aangevuld met een bedrijfsbezoek, zodat de theorie ook in de praktijk ervaren kan worden.

3D printen - ©Karolien Vandersickel

2

ECTS fiche

Evaluatie De evaluatie van het vak 3D printen & kunststofverwerking gebeurt zowel tijdens het labo als op het mondeling examen.

•

Medewerking en attitude tijdens het labo (10%)

•

Verwerking/eindresultaten van de opdrachten (40%)

•

Mondeling examen over de gehele leerstof (50%)

Tweede examenkans De tweede examenkans bestaat uit een mondeling examen over de gehele leerstof.

Het gedeelte van permanente evaluatie blijft behouden.

Indien dit onvoldoende is, kan in samenspraak een extra praktische opdracht gevraagd worden.

3D printen - ©Karolien Vandersickel

3

3D Printen

3D Printen

Figuur 0-1-1 : 3D printen

Het maken van een cursus rond 3D printen of additive manufacturing is niet evident.

De technieken zijn volop in ontwikkeling waardoor bij het afdrukken van deze cursus de technologie ons wellicht heeft ingehaald.

Waar het in deze cursus vooral om gaat, is het werken met kunststoffen. Toch veroveren ook de metalen hun plaats in de wereld van het 3D printen. Deze kunnen in dit overzicht dan ook niet ontbreken.

Beeldmateriaal ter verduidelijking van de verschillende processen is terug te vinden op Toledo.

Ook Hogeschool VIVES, departement IWT, is volop bezig met het onderzoek naar Additive manufacturing. Zowel verschillende onderzoeksprojecten als het expertisecentrum zoeken naar nieuwe toepassingen voor deze techniek.

Hiervoor heeft de school verscheidene 3D printers aangekocht waaronder zowel een metaalprinter als enkele kunststofprinters.

3D printen - ©Karolien Vandersickel

4

3D Printen - Wat is 3D printen?

1

Wat is 3D printen?

3D printen is een paraplu-term van allerlei productietechnieken waarbij een product laag voor laag wordt opgebouwd.

Het zwaartepunt bij deze techniek ligt op dit moment hoofdzakelijk op het printen van kunststoffen en metalen. Daarnaast is men voortdurend op zoek naar nieuwe technieken en materialen. Zo wordt er geprint op nanoschaal en komen verschillende soorten keramiek, zelfs organisch materiaal en zand aan bod.

Waar veel conventionele productietechnieken materiaal weghalen, voegt 3D printen alleen het materiaal en de energie toe die nodig zijn om het product te maken.

Vandaar ook de naam ‘additief manufacturing’ (AM) of ‘additief fabriceren’.

Figuur 1-1 : Additive manufacturing

Hoewel de term ‘3D printen’ in de volksmond vaak de ronde doet, is additive manufacturing (AM) een betere term. 3D printen wordt door journalisten vaak onjuist gebruikt om alle 3D print technieken en ook de industrie in zijn geheel te omschrijven.

Wanneer het in de cursus over de productietechnieken gaat, zal dan ook de term additive manufacturing gebruikt worden, als tegenhanger van subtractive manufacturing.

De definitie, vastgesteld door het ASTM subcomité voor AM , luidt als volgt; “process of joining materials to make objects from 3D model data, usually layer upon layer, as opposed to subtractive manufacturing methodologies.”

3D printen - ©Karolien Vandersickel

5

3D Printen - Wat is 3D printen?

1.1

Van idee tot tastbaar product De meest gebruikte additieve fabricage technieken zijn gebaseerd op hetzelfde principe. Een model wordt op de computer in 3D getekend met behulp van een CAD software. Dit model wordt vervolgens digitaal in lagen – 2D patronen – opgedeeld.

Figuur 1-2 : Van idee tot tastbaar product

De laagdikte bepaalt onder andere de kwaliteit van het model en varieert van 0.3 mm tot wel 16 micron. Ter vergelijking: een haar is 60 micron dik.

Het bestand wordt naar de 3D printer verzonden en de printer bouwt het model laag voor laag op. Het model kan – afhankelijk van techniek – tijdens het proces worden ondersteund door extra materiaal. Dit materiaal moet na het printen worden verwijderd. Dit kan met de hand gebeuren of automatisch, in bijvoorbeeld een oplosbad. Verdere nabehandeling kan nodig zijn om de gewenste eigenschappen te krijgen.

Meer informatie over de printtechnieken en de omzetting van het 3D model naar een printbare file komt verder nog aan bod.

1.2

Additive manufacturing versus conventionele technieken Het grote verschil tussen beide technieken is, zoals eerder al aangegeven, het feit dat bij het additieve fabricageproces materiaal wordt toegevoegd. Bij conventionele technieken daarentegen wordt vertrokken van een (te groot) blok materiaal waarbij deelsgewijs materiaal wordt weggenomen. Hierbij gaat het over draaien, frezen, zagen, …

Dit is echter niet het enige verschil. De processen verschillen op volgende gebieden: •

Leerproces

•

Snelheid van het proces

•

Programmeertijd

•

Benodigde gereedschap

•

Materialen

•

Afval

•

Nauwkeurigheid

•

Vormgeving

•

Oppervlakteruwheid

•

…

Denk na over de verschillen tussen beide processen voor bovenstaande parameters.

Kan je ze beschrijven?

3D printen - ©Karolien Vandersickel

6

3D Printen - Wat is 3D printen?

1.3

Wanneer kiezen voor 3D printen?

3D printen is vooral gekend voor het maken van prototypes en testmodellen. Maar het gaat veel verder dan dat. Hieronder volgen kort enkele toepassingsgebieden voor 3D printen.

•

Prototyping - ontwikkeling

•

Wisselstukken

•

Productie

•

Juwelen en brillen

•

Personalisatie

•

...

•

Montage hulpen / mallen

Vul aan / ga op zoek naar andere toepassingen.

1.3.1

Prototyping

Daar waar een traditionele techniek tijdrovend, duur en van matige kwaliteit is, bieden 3D geprinte modellen op korte tijd een goed eindresultaat. Dit laat toe om verschillende modellen te proberen om zo tot het beste product te komen.

Met 3D-printing zet je in een paar uur een idee om naar prototype: •

Zeer snel een eerste resultaat

•

Werkt ons idee?

•

Ligt het lekker in de hand?

•

Is het bruikbaar/monteerbaar?

•

Zijn er echte ontwerpfouten?

•

Is het product overtuigend naar potentiële klanten en investeerders toe

Afhankelijk van de gekozen techniek kunnen zowel visuele als functionele modellen geprint worden.

1.3.2

Productie

AM laat toe om zeer complexe modellen te fabriceren. Soms ook modellen die op een andere manier onmogelijk te maken zijn. Vandaar dat ook in productieomgevingen voor AM gekozen wordt. Hoewel het in grote oplages vaak (nog) niet rendabel is, worden in kleine oplages stukken gemaakt.

Denk hierbij aan: •

Grijpers

•

Koelkanalen

•

Blaasmonden

•

Lichte structuren

•

Klikkers

•

…

•

Slijtonderdelen

•

Behuizingen

3D printen - ©Karolien Vandersickel

7

3D Printen - Geschiedenis van het 3D Printen

2

Geschiedenis van het 3D Printen Bron: (Want, 2016) Na het ontstaan van de fotografie ontstond eind 19e eeuw het idee om fotogevoelig materiaal selectief te belichten en zo een 2D patroon uit te harden. Aan het begin van de 20e eeuw wordt voor het eerst geëxperimenteerd met het opbouwen van modellen uit lagen, eerst in was en later ook in plastics en metalen. De echte pioniers van het 3D printen kwamen echter pas na de tweede wereldoorlog.

2.1

De Pionier In 1951 stelt Muntz een systeem voor waarin een model wordt opgebouwd uit lagen.

De lagen worden hierbij uitgehard door een fotogevoelig hars – met behulp van een masker – selectief bloot te stellen aan licht. Trapsgewijs zakt vervolgens een zuiger in een cilinder om een volgende laag op te bouwen.

In 1971 vraagt de Duitse P. Ciraud een patent aan, waarin hij het uitharden door middel van een laser beschrijft. Housholder is in 1979 de eerste die met het idee komt om niet een fotogevoelig hars te gebruiken, maar telkens een laag poeder neer te leggen. In de vroege jaren ’80 begint ook DARPA – het onderzoekscentrum van het Amerikaanse leger – met de ontwikkeling van de technologie.

Figuur 2-1 : Geschiedenis van 3D printen (Want, 2016)

2.2

Commercialisering van 3D printen Charles Hull – oprichter van 3D systems – beschrijft in 1986 voor het eerst in detail de werkwijze van een 3D printer. Hull noemde de technologie Stereolithografie. In eerste instantie keek Hull in zijn algemeenheid naar materialen die in staat waren om te stollen.

3D printen - ©Karolien Vandersickel

8

3D Printen - Geschiedenis van het 3D Printen

De term stereolithografie werd destijds gebruikt voor alle 3D print technieken. Pas later werd deze term alleen geassocieerd met 3D printen door middel van fotogevoelig hars. Scott Crump ontwikkelt in die zelfde periode de technologie genaamd Fused Deposition Modelling. Met deze technologie richt hij in 1989 zijn bedrijf Stratasys op. Crump en Hull worden gezien als de grondleggers van de commerciële toepassing van 3D printen.

Figuur 2-2 : Charles Hull voor een stereolithografie machine (Want, 2016)

Begin jaren ’90 vraagt het Massachusetts Institue of Technology (MIT) een patent voor de technologie bekend als 3D printing. Het Amerikaanse bedrijf Z Corporation krijgt in 1995 een exclusieve licentie om deze technologie te commercialiseren. Eind van de 20e eeuw wordt het Israelische bedrijf Objet opgericht. Objet maakt 3D printers gebaseerd op de Polyjet Technology, de laatste nieuwe techniek van de 3D print technologieën.

2.3

Huidige trends en de toekomst De basisprincipes van al deze technieken zijn vrijwel ongewijzigd gebleven. Het verschil ligt in het feit dat de machines tegenwoordig door een computer worden aangestuurd en met digitale bestanden werken.

In 2006 werd het project RepRap gestart. Dit open source project heeft als doel een 3D printer te ontwikkelen die zichzelf volledig kan herproduceren. Alle deelnemers aan het project hebben vrije toegang tot ontwikkelingen van anderen en delen ook hun eigen innovatie binnen het project. Het RepRap project is toonaangevend voor

3D printen - ©Karolien Vandersickel

9

3D Printen - Geschiedenis van het 3D Printen

een verschuiving van de 3D print markt van professionele gebruikers richting 3D printers voor thuis. Consumenten krijgen steeds betere toegang tot 3D printers.

Servicebureau’s als Shapeways en Materialise stellen mensen in staat om digitale bestanden te verzenden en een print van hun model thuisgestuurd te krijgen.

Teenage Engineering – fabrikant van synthesizers – stelt hun reserve onderdelen beschikbaar via Shapeways. Zo kan je zelf de reserveonderdelen bestellen, maar ook aanpassen en verbeteren. Torrent site’s als Pirate Bay bieden sinds kort ook print bestanden (STL’s) aan om gratis te downloaden en thuis te fabriceren. Recent heeft Fujifilm Australië aangekondigd 3D print kiosken te willen openen.

Veel 3D print technologieën zijn bezig zich te ontwikkelen. Hierbij wordt gezocht naar snellere en goedkopere productie, maar ook betere standaarden. De beschikbaarheid en eigenschappen van materiaal zijn hierbij belangrijke factoren. Een trend voor in de toekomst is het direct printen in meerdere en flexibele materialen.

2.4

De beloftes van 3D printen Doordat men met lokale grondstoffen kan werken, vermindert de noodzaak tot globaal transport. De eerste printers die hun eigen materiaal volledig hergebruiken zijn in gebruik. Omdat er on-demand geprint kan worden is een opslag van producten overbodig. En uiteindelijk belooft 3D printen de oorlog om grondstoffen te stoppen.

Met deze technologie kunnen er vormen gemaakt worden die met andere technieken niet te produceren zijn. Daarnaast promoot 3D printen decentrale productie en hiermee ook gepersonaliseerde, unieke producten. Geen saaie eenheidsworst meer en zonder het gebruikelijke afval van diversifiëring. Je eigen identiteit creëren en niet langer afhankelijk zijn van grote merken en de marketingmachine.

3D printen - ©Karolien Vandersickel

10

3D Printen - Additive manufacturing technieken

3

Additive manufacturing technieken Zoals reeds eerder aangegeven is het basisprincipe voor alle technieken hetzelfde.

Het eindresultaat wordt laag per laag opgebouwd. Afhankelijk van het basismateriaal gebeurt de opbouw op verschillende manieren.

Onderstaande figuren geven een overzicht van de huidige technieken.

In de eerste figuur wordt duidelijk dat er heel wat verschillende technieken en mogelijke materialen zijn. De schaal onderaan geeft een beeld van de stevigheid, afwerking, detaillering en toepassing van het product. Dit kan een hulp zijn bij het kiezen van de juiste techniek.

Figuur 3-1 : Overzicht 3D printtechnieken (Additively, sd)

Bovenstaande afkortingen staan voor volgende technieken: •

Stereolithography (SL)

•

Photopolymer Jetting (PJ)

•

Binder Jetting (BJ)

•

Laser Melting (LM)

•

Electron Beam Melting (EBM)

•

Fused Deposition Modeling (FDM)

•

Laser Sintering (LS)

•

Material Jetting (MJ)

3D printen - ©Karolien Vandersickel

11

3D Printen - Additive manufacturing technieken

In de tweede figuur zijn de technieken gegroepeerd tot 4 grote groepen: •

Polymerisatie

•

Jetting of spuiten

•

Fusion of samensmelten

•

Deposition of neerleggen

Figuur 3-2 : Overzicht 3D printtechnieken (Aniwaa Pte, 2016)

Verder in dit hoofdstuk worden de belangrijkste technieken apart toegelicht.

Terminologie In de wereld van 3D printen worden heel wat (Engelse) termen gebruikt. Heel vaak worden de merknamen gebruikt om de techniek te beschrijven. Vandaar dat voor één techniek verschillende termen terug te vinden zijn. Per techniek worden de meest courante synoniemen opgesomd.

3D printen - ©Karolien Vandersickel

12

3D Printen - Additive manufacturing technieken

3.1

Fused deposition modeling (FDM) Fused deposition modeling of FDM is momenteel de meest gebruikte techniek. Zowel voor professioneel gebruik als voor hobby toepassingen is dit een zeer toegankelijke printtechniek.

In 2009 verliep het laatste patent op deze printtechniek, waardoor de technologie beschikbaar kwam voor commercieel gebruik. Sindsdien is de markt van printers die met FDM werken enorm geboomd. De 3D printers worden goedkoper en zijn in allerhande bouwpakketten beschikbaar, wat de thuisgebruiker de mogelijkheid geeft om een eigen printer aan te kopen.

Figuur 3-3 : Voorbeelden FDM printen

FDM kent heel wat verschillende toepassingen. Zowel afzonderlijke onderdelen als hele assemblies kunnen in één keer geprint worden. Gezien de goede eigenschappen van het eindresultaat is deze techniek zowel geschikt voor visuele- als functionele modellen. Om een voldoende stevig product te bekomen moet het product minimum een wanddikte van 2 mm hebben.

Veel gebuikte synoniemen zijn: •

Material extrusion

•

FFF

Fused Filament Fabrication

•

FDM

Fused Deposition Modeling

•

PJP

Plastic Jet Printing

•

CFF

Composite Filament Fabrication

3D printen - ©Karolien Vandersickel

13

3D Printen - Additive manufacturing technieken

3.1.1

Techniek

Het basismateriaal voor deze techniek is filament of draad van thermoplastische kunststoffen. Deze zijn meestal beschikbaar op rol en voeden de printer continu.

In de extrusiekop wordt het materiaal door verhitting plastisch gemaakt. Hierna wordt het door een verplaatsbare printkop geperst en door de spuitmond (hot-end) in een dunne draad op het printbed neergelegd. Afhankelijk van de kunststof wordt het printbed verwarmd of wordt het materiaal direct gekoeld aan de hand van ventilatoren op de printkop. Bij sommige kunststoffen, zoals bijvoorbeeld ABS, wordt de hele kamer rond het printbed op temperatuur gehouden.

Figuur 3-4 : Fused deposition modeling (FDM) (Additively, sd)

Laag per laag wordt op deze manier opgebouwd. Afhankelijk van het type printer, is het de printkop die omhoog beweegt of het printbed dat naar beneden verschuift.

FDM 3D-printers kunnen gebruik maken van één of meerdere extruders. Met meerdere extruders kunnen verschillende materialen tegelijk geprint worden; zo kunnen kleuren gecombineerd worden of kan tegelijkertijd hoofdmateriaal en supportmateriaal geprint worden.

Supportmateriaal is nodig op plaatsen waar het product zichzelf onvoldoende ondersteund. Dit kan zowel binnenin als aan de buitenkant van het product. Na het printen wordt dit suppormateriaal weg gekraakt of aan de hand van een oplosmiddel opgelost.

3D printen - ©Karolien Vandersickel

14

3D Printen - Additive manufacturing technieken

Figuur 3-5 : Support materiaal (Alles over 3D printen, 2016)

Afhankelijk van de toepassing wordt het product volledig vol geprint of wordt de binnenkant opgebouwd uit een inwendige structuur zoals bijvoorbeeld een honingraatstructuur.

Vooral bij visuele toepassingen is het niet noodzakelijk dat het product binnenin volledig dicht opgebouwd is. Het model binnenin opvullen met een grofmazige of fijnmazige structuur, spaart zowel materiaal als tijd.

Figuur 3-6 : Inwendige structuur

Afhankelijk van het gewenste eindresutaat wordt het geprinte model achteraf nabewerkt.

•

overtollig materiaal weggeknippen of wegsnijden

•

het model opschuren

•

het model lakken, waterdicht maken

•

…

3D printen - ©Karolien Vandersickel

15

3D Printen - Additive manufacturing technieken

3.1.2

Voor- en nadelen

Elk proces heeft zijn voor- en nadelen. Hieronder volgt een korte opsomming.

Voordelen •

Goedkoopste techniek

•

Eenvoudig

•

Onderhoudsvriendelijk proces

•

Complexe vormen mogelijk

•

Zowel visuele als functionele prints mogelijk

•

Weinig arbeidsintensief

•

Redelijk nauwkeurig

•

Assemblies kunnen in 1 keer geprint worden

•

Grote open source community: RepRap

Nadelen •

Beperkte afmetingen (afmetingen machine)

•

Ruw oppervlak

•

Anisotropie

•

Traag proces

•

Support materiaal moet verwijderd worden

3.1.3

-

Manueel

-

Oplosmiddel

Materialen

•

Thermoplasten

•

ABS

•

-

Verschillende kleuren

-

Gebruikt in legoblokjes, behuizingen, …

-

Behoudt mechanische eigenschappen

-

Polymelkzuur (thermoplastische polymeer)

-

Lichaamsvriendelijk

PLA

•

PC

•

Nylon

3D printen - ©Karolien Vandersickel

16

3D Printen - Additive manufacturing technieken

3.2

Stereolythografie (SLA) Hoewel stereolythografie de oudste techniek is, is deze minder toegankelijk. De basis van deze techniek is een harsbad waarbij het materiaal uithardt onder invloed van een laserstraal. Het chemisch harsbad maakt de opstelling moeilijker. Vandaar dat deze techniek vooral aangeboden wordt door professionele partners. Pas sinds enkele jaren zie je kleine SLA printers verschijnen op de commerciële markt.

Gezien de fijne hogere nauwkeurigheid is deze techniek vooral geschikt voor visuele modellen. De minimale wanddikte is hier met slecht 0,7mm veel fijner.

Figuur 3-7 : Voorbeelden stereolythografie

Veel gebuikte synoniemen zijn: •

Photopolymerization

•

SLA

Stereolithography

•

DPP

Daylight Polymer Printing

•

DLP

Digital Light Printing

•

VA

VAT Photo-polymerization

•

LCM

Lithography-based Ceramic Manufacturing

3D printen - ©Karolien Vandersickel

17

3D Printen - Additive manufacturing technieken

3.2.1

Techniek

Het basismateriaal voor deze techniek is een fotopolymeer. Onder invloed van UVlicht ontstaat een chemische reactie waarbij het polymeer uithardt.

Figuur 3-8 : Fotopolymerisatie

Het printbed wordt in het harsbad geplaatst en met behulp van een fijne laserstraal op die plaatsen belicht waar nodig. Telkens als een laag afgewerkt is, zakt het bed naar beneden en wordt met behulp van de sweeper een nieuwe laag hars over het geheel getrokken. Eenmaal het product klaar is, wordt het product verder uitgehard in een UV-oventje.

Figuur 3-9 : Stereolithografie (Additively, sd)

Net zoals bij FDM is op sommige plaatsen ondersteuningsmateriaal nodig. Aangezien hier slechts met 1 materiaal gewerkt wordt, bestaat deze ondersteuning uit hetzelfde materiaal als de rest van het product. Door deze zo fijn mogelijk te maken, kan ze nadien makkelijk afgekraakt, opgeschuurd en verwijderd worden.

Gelijkaardig aan SLA verloopt het proces DLP, digital light processing. In tegenstelling tot SLA wordt het product langs de onderkant bestraalt. Hierbij schuift het product steeds op naar boven. Hierdoor is een minder diep harsbad nodig, wat de kosten aardig beperkt. Verder is het grootste verschil de lichtbron. Hierbij wordt een meer

3D printen - ©Karolien Vandersickel

18

3D Printen - Additive manufacturing technieken

conventionele lichtbron gebruikt die bovendien het hele oppervlak in één keer kan bestralen. Dit maakt het proces sneller dan SLA.

Figuur 3-10 : DLP (3D printing industry, 2016)

3.2.2

Voor- en nadelen

Elk proces heeft zijn voor- en nadelen. Hieronder volgt een korte opsomming.

Voordelen •

Kleine wanddiktes mogelijk

•

Zeer gedetailleerd

•

Bewegende onderdelen kunnen in 1 keer geprint worden

•

Makkelijk op te schuren en af te werken

•

Grote producten mogelijk (afhankelijk van machineafmetingen)

Nadelen •

Beperkte functionele eigenschappen → Visuele modellen

•

Producten blijven gevoelig voor licht → Verkleuring / Kwaliteit neemt af

•

Ondersteuningsmateriaal nodig → Afwerking vereist

•

Toxische chemicaliën

•

De beamer verstrooit licht tijdens projectie, waardoor het midden van het product accurater is dan de buitenkant.

•

3.2.3

Beperkte materiaalopties

Materialen

•

Photopolymeren

•

Epoxyhars

•

PP-achtig

•

ABS-achtig

•

Ook elastomeren en keramiek mogelijk

3D printen - ©Karolien Vandersickel

19

3D Printen - Additive manufacturing technieken

3.3

Powder bed fusion De twee voorgaande technieken worden hoofdzakelijk toegepast voor kunststoffen.

Ook powder bed fusion wordt gebruikt voor kunststoffen maar heeft twee varianten waarbij metaalpoeder als grondstof dient. De basis voor deze techniek is poeder dat uithardt onder invloed van een (laser)straal.

Let goed op het onderscheid tussen de kunststof- en de metaaltechniek!

Figuur 3-11: Voorbeelden Powder bed fusion

Veel gebruikte termen zijn •

Powder bed fusion

•

Kunststoffen

•

•

LS

Laser Sintering

•

SHS

Selective Heat Sintering

•

LM

Laser Melting

•

LBM

Laser Beam Melting

•

EBM

Electron Beam Melting

•

SLS

Selective Laser Sintering

•

DMLS

Direct Metal Laser Sintering

•

SLM

Selective Laser Melting

Metalen

Let op! Het gaat over verschillende processen.

3D printen - ©Karolien Vandersickel

20

3D Printen - Additive manufacturing technieken

3.3.1

Techniek kunststof - Selective laser sintering (SLS)

Het basismateriaal voor deze techniek is materiaalpoeder. Sinteren is een materiaal tot net onder het smeltpunt verwarmen. Tijdens het sinteren hechten de deeltjes materiaal dan aan elkaar, zonder dat het materiaal vloeibaar wordt.

Een dunne poederlaag wordt met behulp van een roller op het printbed gelegd. De laser sintert de materiaalkorrels aan elkaar. Dit zorgt voor een stevige, poreuze structuur en een hard materiaal. Telkens als een laag afgewerkt is, zakt het bouwplateau en wordt er een nieuwe laag aangebracht.

Het proces wordt uitgevoerd in een afgesloten printkamer. Deze heeft een constante temperatuur heeft van 70°C en is gevuld met stikstofgas om oxidatie en krimp tegen te gaan.

Figuur 3-12 : Laser sintering (Additively, sd)

Een groot voordeel van de techniek is dat het model ondersteund wordt in de bak met – ongesinterd – poeder. Support materiaal en de bijbehorende, tijdrovende nabewerking is dus niet nodig.

Daarnaast laat het toe om in één bak, in één print verschillende producten te combineren of om bewegende onderdelen in één keer te printen.

3D printen - ©Karolien Vandersickel

21