3D printen

Inleiding

Dit artikel gaat in op een belangrijke nieuwe technologie, namelijk driedimensionaal printen, ook wel 3D printen genoemd. Beschreven wordt wat 3D printen is, aan welke voorbeelden voor 3D printen kan worden gedacht, welke technologieën er op dit moment zijn en welke ontwikkelingen er zijn. Lees meer.

Wat is 3D printen

Dit is een technologie waarmee een object laag voor laag wordt opgebouwd vanuit een digitaal driedimensionaal model. Voordeel van deze technologie is dat er ‘vormvrij’ kan worden ontworpen. Vormvrij wil zeggen dat er geen materiaal wordt weggehaald, zoals bij traditionele methoden, maar dat er materiaal laag voor laag wordt toegevoegd. Je kunt je voorstellen dat het makkelijker en mooier is om een bolvormig voorwerp laag voor laag op te bouwen, dan uit bijvoorbeeld een kubus te frezen. De technologie bestaat al enkele jaren en wordt vooral toegepast in de wereld van de ontwerpers. Op dit moment zijn er ook al printers voor thuisgebruikers op de markt, hoewel deze printers nog behoorlijk prijzig zijn. De verwachting is dat de prijzen de komende jaren verder zullen dalen en dat je op termijn ook thuis allerlei ontwerpen kunt downloaden en printen. Voor zakelijke afnemers bedragen de prijzen voor een 3D printer tussen de 25.000 en 100.000 US dollar of meer en voor de consument is er een doe het zelf open source printer beschikbaar van ca 600 US Dollar (Replicating Rapid-prototyper, RepRap). Voor 3D printen zijn ruimtelijk inzicht en materiaalkennis noodzakelijk om de digitale ontwerpen ook daadwerkelijk maakbaar en bruikbaar zijn.

Voorbeelden 3D printen

Architecten kunnen al langer hun 3D ontwerpen in 3D kunststof uitprinten, het maken van maquettes is daarmee een stuk eenvoudiger geworden. Het is mogelijk om complete huizen in één enkele keer te vervaardigen. De printtechnieken en de te gebruiken materialen zijn de laatste tijd uitgebreid en er zijn inmiddels ook toepassingen bekend in de wereld van het design, de medische wereld en de industrie. Naast kunststof kan er ook in keramiek, metaal of zelfs in gecombineerde materialen tegelijkertijd geprint worden. Voorbeelden van design zijn de Lily lamp en de Mobius van Janne Kyttänen en het meubilair van de fransman Patrick Jouin (Solid kruk en tafel). In de medische wereld kan men denken aan inwendige en uitwendige protheses (bijvoorbeeld een knieprothese of een kaakimplantaat) In de industrie kan men denken aan onderdelen voor de ruimtevaart en het maken van onderdelen voor de auto-industrie. Ook creaties voor voedsel zijn mogelijk, denk aan chocoladefantasie en suikerwerk.

Mogelijke 3D technologieën

Laser sintering

Met deze technologie smelt men met de laser poeder, waarna het hard wordt. Het poeder wordt laag voor laag gesmolten en na verharding ontstaat een voorwerp. Diverse materialen kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld: polymeren (kunststof, in diverse kleuren), aluminium, staal en brons.

Stereolithografie

In de plaats van poeder wordt hier gewerkt met een vloeibare hars die door een laser plaatselijk wordt verhard. Dit gebeurt niet door warmte, maar door belichting. Voor dit proces kunnen zogenoemde fotopolymeren worden gebruikt, kunststoffen dus die door belichting verharden.

3D inkjet printen

Bij inkjet printen is de inkt (zoals bij ‘gewone’ inkjetprinters) vervangen door materiaal dat bij hoge temperaturen vloeibaar wordt. Hiervoor kunnen kunststof, metaal en keramiek worden gebruikt. Een andere mogelijkheid is dat lijm na verwarming wordt aangebracht op kunststof poeder (vergelijkbaar bij laser sintering). Bij inktjet printen wordt gebruik gemaakt van materiaal om de print te ondersteunen.

Fused Deposition Modeling

Bij deze technologie wordt door hitte vloeibaar gemaakt materiaal door een opening geperst. Ook bij deze technologie wordt gebruikt gemaakt van ondersteunend materiaal om de print te ondersteunen. Kunststof is het materiaal dat het vaakst wordt toegepast bij deze technologie.

Ontwikkelingen

Computergestuurd fabriceren en 3D printen is naar verwachting niet meer weg te denken in de tandheelkunde. Wellicht komen er in de behandelkamer van de tandarts zelfs 3D printers te staan om direct een kroon te kunnen maken en zetten.

De ontwikkelingen in de industrie zullen naar verwachting nog op zich laten wachten, omdat de productietijd van 3D printen relatief lang is en het laag voor laag opbouwen van producten ook negatieve gevolgen kan hebben voor de eigenschappen van een materiaal. Bij kleine series of stuksfabricage (bijvoorbeeld een concept-car) zijn er wel mogelijkheden denkbaar.

In het onderwijs kan worden gedacht aan het vervaardigen van 3D modellen van bijvoorbeeld de alpen. Ook zijn 3D modellen van het menselijk lichaam denkbaar.

Na de personal computer zal de consument moeten geloven aan PF: personal fabrication. Er zijn op dit moment al zogenaamde FabLabs toegankelijk voor de particulier die hier terecht kan om zijn productidee te realiseren. Nederland is één van de voorlopers in de wereld met FabLabs in Amsterdam, Den haag, Groningen, Utrecht en Texel.

Het 3D printen wordt pas echt interessant als de kosten per product en de fabricagetijd omlaag gaan en de producten ook groter kunnen gemaakt kunnen worden, bijvoorbeeld een auto of een boot, of misschien zelfs een huis.