Een uitgebreide gids voor 3D -printmaterialen
Table of Contents
- Soorten 3D-printtechnologieën en voorkeursmaterialen
- Kunststoffen in 3D-printen
- Metalen 3D-printen
- Keramiek en exotische materialen 3D-printen
- Composietmaterialen en 3D-printen
- Hoe u uw ideale 3D-printmaterialen selecteert
- Nabewerking van 3D-geprinte objecten
- De toekomst van 3D-printmaterialen
- De afhaalmaaltijd
- Lees meer
3D-printtechnologie heeft de afgelopen jaren een revolutie teweeggebracht in de productie en het productontwerp. Ook bekend als additieve productie, bouwt 3D-printen objecten laag voor laag met behulp van materialen zoals kunststoffen, metalen, keramiek en composieten. Naarmate de mogelijkheden van 3D-printhardware en -materialen blijven zich ontwikkelen, meer industrieën nemen deze technologie over. Maar met zoveel machines en materiaalopties die nu beschikbaar zijn, kan het overweldigend worden voor nieuwkomers. Deze gids is bedoeld om een uitgebreid overzicht te bieden van veelvoorkomende 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 spuiten verhitte thermoplastische filamenten via een spuitmond op de bouwplaat. ABS- en PLA-kunststoffen worden veel gebruikt.
- Stereolithografie (SLA) stolt vloeibare hars tot gehard plastic met behulp van een ultraviolette laserstraal die wordt aangestuurd door scannende spiegels. Harsen zijn geformuleerd voor lage viscositeit en snelle uithardingstijden.
- Selectief lasersinteren (SLS) sintert fijn plastic, keramiek of metaalpoeder samen met een krachtige laser. Er zijn geen ondersteunende structuren nodig en complexe interne kenmerken kunnen worden geproduceerd.
- Ddirect Menz. Ikaser 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 in full colour printen of exotische metaallegeringen gebruiken. De mogelijkheden blijven groeien naarmate 3D-printtechnologieën en -materialen vorderen.
Kunststoffen in 3D-printen
Materiaalkundigen blijven de mogelijkheden van thermoplasten voor FDM-printen pushen. Hier zijn er een paar geavanceerde filamenten in staat om duurzame eindproducten te printen:
- ASA (acrylonitril-styreenacrylaat)Biedt UV-bestendigheid die vergelijkbaar is met ABS, en is bestand tegen weersinvloeden buitenshuis.
- PC (polycarbonaat)produceert supersterke kunststofcomponenten die in sommige gevallen bewerkte metalen onderdelen kunnen vervangen. Echter, printkennis is essentieel voor een goede hechting tussen de lagen.
- TPU (thermoplastisch polyurethaan) en flexibele TPE filamentenmaken rubberachtige afdrukken mogelijk met een uitzonderlijke buigzaamheid voor toepassingen zoals wearables of aangepaste handgrepen.
- PEEK (polyetheretherketon)bestand is tegen agressieve chemicaliën en sterilisatieprocedures, waardoor het geschikt is voor de productie van medische apparaten en wetenschappelijke instrumenten. De buitensporig hoge prijs van PEEK-filament beperkt echter de acceptatie buiten de industrie.
Metalen 3D-printen
Tot voor kort waren metalen uitsluitend het domein van dure SLS- of DMLS-industriële printers in de lucht- en ruimtevaart- en medische sector. Roestvrij staal, titanium, nikkel en aluminiumlegeringen worden veel gebruikt. Kleinere metaal-3D-printers die zijn ontworpen voor werkplaatsen, universiteiten en ontwerpstudio's, breiden nu de toegang uit dankzij lagere hardwarekosten. De meeste gebruiken gebonden metaalafzetting om composietfilamenten te extruderen die tot 70% metaalpoeder bevatten.
1. Roestvrij staal – Hoge sterkte en corrosiebestendigheid
Roestvrij staal bedrukken geeft uitzonderlijke dimensionale stabiliteit voor onderdelen die buiten worden gebruikt of worden blootgesteld aan chemicaliën. De laaghechting van gebonden metaalafzetting maakt het zelfs mogelijk om bruggen of overhangen te printen zonder ondersteuning.Onderdelen kunnen na het sinteren worden bewerkt, getapt en gepolijst, zodat ze eigenschappen krijgen die lijken op traditioneel vervaardigd roestvrij staal.
2. Titanium – Extreem licht en sterk
In de lucht- en ruimtevaartindustrie wordt veelvuldig met titaniumlegeringen gewerkt omdat deze een betere sterkte-gewichtsverhouding hebben dan aluminium. 3D-printen van complexe titanium onderdelen in één stuk vermijd de gelaste verbindingen die bewerkte titanium structuren verzwakken. De hoge prijzen van titaniumpoeder blijven een barrière buiten industrieën zoals motorsport die op zoek zijn naar lichtgewicht metalen componenten.
3. Aluminium – Een toegankelijk alternatief metaal
Aluminium wordt veel gebruikt dankzij het lage gewicht en de corrosiebestendigheid. Met 3D-metaalprinten is het mogelijk om aangepaste aluminium onderdelen te consolideren die in het verleden als assemblages zijn 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.
Keramiek en exotische materialen 3D-printen
Technische keramiek van aluminiumoxide, zirkonia en siliciumcarbide vereist extreem hoge temperaturen en precisiegereedschappen om efficiënt te kunnen bewerken. Onderdelen zoals keramische pompwaaiers en raketgeleidingssystemen waren voorheen onmogelijk om buiten speciale gieterijen te produceren. 3D-printen elimineert deze barrières dankzij poederbedtechnologieën waarmee complexe keramische componenten kunnen worden gesinterd.
Bovendien breiden de mogelijkheden zich uit tot verder dan alleen keramiek. Naarmate meer onderzoek het gebruik van metaal- en keramiekpoeders met binder jetting onderzoekt, kunnen zelfs zeldzame en kostbare materialen zoals zilver of goud in 3D worden geprint. De technologie kan aangepaste medische implantaten of elektronica faciliteren door geleidende sporen te integreren die zijn geprint van echt koper of grafeenpasta. We beginnen pas met het verkennen van de potentiële overspanning 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 haalbaar zijn.
1. 3D-geprinte koolstofvezelcomposieten
FDM-afdrukken met koolstofvezel filament 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 doordrenkte prints lijken visueel op bewerkt metaal, terwijl ze het lichtere gewicht van kunststoffen behouden. Met hout gevulde lamenten leggen zelfs realistische nerfpatronen vast voor meubelprototypes.
Hoe u uw ideale 3D-printmaterialen selecteert
Nu er zoveel machines en materialen beschikbaar zijn voor elke toepassing en elk budget, is het belangrijk om de printtechnologie goed af te stemmen op de ontwerpdoelen en materiaalvereisten. Hiervoor is onderzoek nodig en moet rekening worden gehouden met de volgende sleutelfactoren:
- Functionaliteit van het onderdeel - Wordt het blootgesteld aan zware belastingen of zware omgevingsomstandigheden?
- Maatnauwkeurigheid en afdrukprecisie vereist
- Mechanische eigenschappen zoals stijfheid, slijtvastheid of temperatuurgrenzen
- Materiaalkosten - Exotische filamenten kunnen een hogere 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 met behulp 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-uitgehard | n.v.t. | Hoog |
Ervaring opdoen blijft cruciaal voordat u complexe builds probeert. Constante materiaalinnovaties geven 3D-printers ook elk jaar meer mogelijkheden. Het verwijzen naar kwantitatieve gegevens zoals veiligheids- of technische bladen 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:
- Verwijderen van ondersteunende structuren– Breek de steunen af of los ze op in chemische baden.
- Schuren en vijlen– Maakt de oppervlakkige overgangen tussen de lagen die zichtbaar zijn in afdrukken gladder.
- Gronden en schilderen– Met name SLA-prints moeten gladgestreken, verzegeld en geverfd worden om de printlaagstappen die na het schuren zichtbaar worden, te verbergen.
- Delen verbinden- Lijm componenten met oplosmiddelen, epoxy of MABS-lassen van zwembadnaden.
- Metalen prints– 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 niche rapid prototyping-doeleinden 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 hervormen van toeleveringsketens om hulpbronnen te besparen naarmate technologieën vorderen.
Doorbraken in hernieuwbare bioplastics en groene chemie kan afval en energieverbruik minimaliseren tijdens materiaalsynthese voor 3D-printers. Recyclebaarheid moet ook meer in overweging worden genomen tijdens de formulering van nieuwe composieten of technische polymeren. Met gezamenlijke inspanningen van bedrijven, onderzoekers en regelgevers kan 3D-printen wereldwijd klimaatvriendelijke en eerlijke toegang tot vervaardigde goederen bieden.
De afhaalmaaltijd
Naarmate printers en materialen zich ontwikkelen om een grotere precisie, sterkte en functionaliteit te 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 gebruiken om geheel nieuwe productontwerpen en bedrijven te bedenken. Het handhaven van verantwoorde en duurzame praktijken naarmate 3D-printen zich verder verspreidt, zal ervoor zorgen dat de technologie bouwt aan een eerlijke en welvarende toekomst wereldwijd.