Een uitgebreide gids voor 3D -printmaterialen

3D-printtechnologie heeft de afgelopen jaren een revolutie teweeggebracht in de productie en het productontwerp. 3D-printen, ook wel bekend als additieve productie, bouwt objecten laag voor laag op met behulp van materialen zoals kunststoffen, metalen, keramiek en composieten. Naarmate de mogelijkheden van 3D-printhardware en -materialen blijven zich ontwikkelenSteeds meer industrieën passen deze technologie toe. Maar met zoveel beschikbare machines en materialen kan het voor nieuwkomers overweldigend zijn. Deze gids biedt een uitgebreid overzicht van veelgebruikte 3D-printtechnologieën en -materialen.

Soorten 3D-printtechnologieën en voorkeursmaterialen

Er bestaan verschillende methoden om materialen te versmelten tijdens het lagenproces bij 3D-printen:

• Gefuseerde depositiemodellering (FDM) Printers extruderen verwarmde thermoplastische filamenten via een spuitmond op de bouwplaat. ABS- en PLA-kunststoffen worden veel gebruikt.
• Stereolithografie (SLA) Stolt vloeibare hars tot uitgehard plastic met behulp van een ultraviolette laserstraal, gericht door scannende spiegels. Harsen zijn samengesteld voor een lage viscositeit en snelle uithardingstijden.
• Selectief lasersinteren (SLS) sintert fijne kunststof-, keramische of metaalpoeders samen met een krachtige laser. Er zijn geen ondersteunende structuren nodig en complexe interne structuren kunnen worden geproduceerd.
• Ddirect Met al. Laser Sinterfereren (DMLS) is een soortgelijke poederbedtechnologie die speciaal is ontworpen voor de verwerking van metaallegeringen met een hoge sterkte.

Andere methoden, zoals Material Jetting en Binder Jetting, kunnen full colour printen of gebruikmaken van exotische metaallegeringen. De mogelijkheden worden steeds groter naarmate 3D-printtechnologieën en -materialen zich verder ontwikkelen.

Kunststoffen in 3D-printen

Materiaalkundigen blijven de mogelijkheden van thermoplasten voor FDM-printen verder ontwikkelen. Hier zijn enkele geavanceerde filamenten in staat om duurzame eindproducten te printen:

• ASA (acrylonitril-styreenacrylaat)Biedt UV-bestendigheid die vergelijkbaar is met die van ABS, en is bovendien bestand tegen weersinvloeden buitenshuis.
• PC (polycarbonaat)produceert supersterke kunststofcomponenten die in sommige gevallen bewerkte metalen onderdelen kunnen vervangen. Voor een goede hechting tussen de lagen is echter printkennis essentieel.
• TPU (thermoplastisch polyurethaan) en flexibele TPE-filamentenmaken rubberachtige afdrukken mogelijk met uitzonderlijke buigzaamheid voor toepassingen zoals wearables of aangepaste handgrepen.
• PEEK (polyetheretherketon)Bestand tegen agressieve chemicaliën en sterilisatieprocedures, waardoor het geschikt is voor de productie van medische apparatuur en wetenschappelijke instrumenten. De exorbitant hoge prijs van PEEK-filament beperkt echter de acceptatie buiten de industrie.

3D-printen van metalen

Tot voor kort waren metalen uitsluitend het domein van dure industriële SLS- of DMLS-printers in de lucht- en ruimtevaart en de medische sector. Roestvrij staal, titanium, nikkel en aluminiumlegeringen worden veel gebruikt. Kleinere metaal-3D-printers, ontworpen voor werkplaatsen, universiteiten en ontwerpstudio's, zijn nu breder beschikbaar dankzij lagere hardwarekosten. De meeste gebruiken gebonden metaaldepositie om composietfilamenten te extruderen die tot 70% metaalpoeder bevatten.

1. Roestvrij staal – Hoge sterkte en corrosiebestendigheid

Roestvrij staal bedrukken Biedt uitzonderlijke maatvastheid voor onderdelen die buiten worden gebruikt of aan chemicaliën worden blootgesteld. De laaghechting van gebonden metaalafzetting maakt zelfs het printen van bruggen of overhangen zonder ondersteuning mogelijk.Onderdelen kunnen na het sinteren worden bewerkt, getapt en gepolijst, zodat ze dezelfde eigenschappen krijgen als traditioneel vervaardigd roestvrij staal.

2. Titanium – Extreem licht en sterk

De lucht- en ruimtevaartindustrie werkt vaak met titaniumlegeringen omdat deze een betere sterkte-gewichtsverhouding hebben dan aluminium. 3D-printen van complexe titanium onderdelen Vermijd lasverbindingen die bewerkte titaniumconstructies verzwakken. De hoge prijzen van titaniumpoeder vormen een belemmering voor industrieën zoals de motorsport, waar lichtgewicht metalen componenten worden geproduceerd.

3. Aluminium – een toegankelijk alternatief metaal

Aluminium wordt veel gebruikt dankzij het lage gewicht en de corrosiebestendigheid. 3D-metaalprinten maakt het mogelijk om op maat gemaakte aluminium onderdelen te consolideren die vroeger als assemblage werden gebouwd. Gereedschapsprototypes, roboticacomponenten en ontwerpmodellen profiteren allemaal van 3D-geprint aluminiumNu de printerkosten verder dalen, kunnen kleine bedrijven gebruikmaken van snelle aluminium gereedschappen zonder afhankelijk te zijn van externe leveranciers.

3D-printen van keramiek en exotische materialen

Technische keramiek van aluminiumoxide, zirkoniumoxide en siliciumcarbide vereist extreem hoge temperaturen en precisiegereedschappen om efficiënt te kunnen bewerken. Onderdelen zoals keramische pompwaaiers en raketgeleidingssystemen waren voorheen onmogelijk te produceren buiten speciale gieterijen. 3D-printen elimineert deze barrières dankzij poederbedtechnologieën waarmee complexe keramische componenten kunnen worden gesinterd.

Bovendien reiken de mogelijkheden verder dan alleen keramiek. Naarmate er meer onderzoek wordt gedaan naar het gebruik van metaal- en keramische poeders met binder jetting, kunnen zelfs zeldzame en kostbare materialen zoals zilver of goud 3D-geprint worden. De technologie kan gepersonaliseerde medische implantaten of elektronica mogelijk maken, waarbij geleidende sporen worden geïntegreerd die zijn geprint van echt koper of grafeenpasta. We staan nog maar aan het begin van het verkennen van de mogelijkheden die dit overspannen. 3D-geprint keramiek, glas en exotische materialen.

Composietmaterialen en 3D-printen

Hoewel kunststoffen, metalen en keramiek nog steeds de conventionele materialen zijn die bij de productie worden gebruikt, bieden composieten, waarbij polymeren worden gecombineerd met andere verstevigingen, superieure mechanische eigenschappen die met conventionele methoden niet te bereiken zijn.

1. 3D-geprinte koolstofvezelcomposieten

FDM-afdrukken met koolstofvezelfilament vult onderdelen met een lichtgewicht en stijf polymeer. De stijve filamenten vereisen geharde stalen spuitmonden om slijtvaste componenten te printen die sterker zijn dan nylon en bijna aluminium. Toepassingen variëren van aangepaste quadcopterframes tot hoogwaardige auto-onderdelen.

2. Metaal- en houtgevulde composieten

Fused Deposition Modeling combineert ook eenvoudig standaard ABS- en PLA-kunststoffen met metaalpoeders of houtpulp om esthetische, thermische en functionele eigenschappen te veranderen. Met messing, koper en brons geïnjecteerde prints lijken visueel op bewerkt metaal, terwijl ze het lichtere gewicht van kunststoffen behouden. Houtgevuld lamineren legt zelfs realistische nerfpatronen vast voor meubelprototypes.

Hoe u uw ideale 3D-printmaterialen selecteert

Tegenwoordig zijn er zoveel machines en materialen beschikbaar voor elke toepassing en elk budget. Om de printtechnologie goed af te stemmen op de ontwerpdoelen en materiaalvereisten, is onderzoek en aandacht voor de volgende sleutelfactoren vereist:

• Functionaliteit van het onderdeel - Wordt het onderdeel blootgesteld aan zware belastingen of zware omgevingsomstandigheden?
• Maatnauwkeurigheid en afdrukprecisie vereist
• Mechanische eigenschappen zoals stijfheid, slijtvastheid of temperatuurgrenzen
• Materiaalkosten - Exotische filamenten kunnen een hoge prijs hebben
• Gemakkelijk nabewerken - De printondersteuningen van sommige materialen zijn gemakkelijker te verwijderen
• Uw 3D-printermodel en specificaties: De materiaalmogelijkheden variëren.

Een vergelijking van populaire 3D-printmaterialen op basis van belangrijke kenmerken

Materiaal	Eigenschappen	Afdrukparameters	Kosten
PLA	Gemiddelde sterkte, lage flexibiliteit, matige duurzaamheid	180-230°C	Laag
ABS	Sterk, matig flexibel, zeer duurzaam	210-250°C	Medium
PETG	Sterk en flexibel, hoge duurzaamheid	230-260°C	Medium
TPU	Gemiddelde sterkte, zeer hoge flexibiliteit, matige duurzaamheid	220-250°C	Gemiddeld-Hoog
Nylon	Hoge sterkte en flexibiliteit, uitstekende duurzaamheid	240-260°C	Hoog
KIJKJE	Extreem sterk, minimaal flexibel, zeer hoge duurzaamheid	360-400°C	Zeer hoog
Hars	Sterkte en duurzaamheid variëren per type, niet flexibel, UV-uithardend	N.v.t.	Hoog

Ervaring opdoen blijft cruciaal voordat je complexe constructies probeert. Continue materiaalinnovaties geven 3D-printers ook elk jaar meer mogelijkheden. Het raadplegen van kwantitatieve gegevens zoals veiligheids- of technische specificaties helpt ingenieurs en ontwerpers bij het selecteren en kwalificeren van het optimale materiaal voor elke toepassing.

Nabewerking van 3D-geprinte objecten

Een verse print direct van de bouwplaat voldoet zelden direct aan de eisen. Verschillende afwerkingsprocessen verbeteren de sterkte, esthetiek en functionaliteit:

• Het verwijderen van ondersteunende structuren– Breek de steunen af of los ze op in chemische baden.
• Schuren en vijlen– Verzacht de oppervlakkige overgang tussen de lagen die zichtbaar zijn in afdrukken.
• Gronden en schilderen– Met name SLA-prints moeten gladgestreken, afgedicht en geverfd worden om de printlaagstappen die na het schuren zichtbaar worden, te verbergen.
• Onderdelen verbinden- Lijm componenten met oplosmiddelen, epoxy of MABS-lassen van zwembadnaden.
• Metaalprints– Vereisen ontbindings- en sintercycli om polymeren te verbranden en de poeders te versmelten tot vaste metalen.

De toekomst van 3D-printmaterialen

3D-printen blijft zich uitbreiden van nichetoepassingen voor rapid prototyping naar de productie van eindproducten in alle sectoren. Met schaalvoordelen, lagere printerkosten en een breder scala aan materialen is een toekomst van volledig gedistribueerde en on-demand productie plausibel. Maar echte duurzaamheid hangt af van het herinrichten van toeleveringsketens om grondstoffen te besparen naarmate de technologie vordert.

Doorbraken in hernieuwbare bioplastics en groene chemie kan afval en energieverbruik tijdens de materiaalsynthese voor 3D-printers minimaliseren. Ook bij de ontwikkeling van nieuwe composieten of technische polymeren moet er meer rekening worden gehouden met recyclebaarheid. Met gezamenlijke inspanningen van bedrijven, onderzoekers en regelgevers zou 3D-printen wereldwijd een klimaatvriendelijke en eerlijke toegang tot geproduceerde goederen kunnen bieden.

De afhaalmaaltijd

Naarmate printers en materialen zich ontwikkelen en hogere precisie, sterkte en functionaliteit bieden tegen lagere kosten, zijn de mogelijkheden eindeloos. Met kennis van de fundamentele methoden, materialen en nabewerkingstechnieken die hier worden behandeld, kunnen ingenieurs 3D-printen inzetten om compleet nieuwe productontwerpen en bedrijven te bedenken. Door verantwoord en duurzaam te werk te gaan naarmate 3D-printen zich verder verspreidt, zorgen we ervoor dat de technologie bijdraagt aan een rechtvaardige en welvarende toekomst wereldwijd.

Lees meer

• Populaire 3D-printslicingsoftware
• QIDI 3D-printers krijgen lovende recensies
• Beste 3D-modelwebsites van 2023: oneindig veel mogelijkheden creëren