Een uitgebreide gids voor 3D-printmaterialen

3D-printtechnologie 3D-printen heeft de afgelopen jaren een revolutie teweeggebracht in de productie en het productontwerp. Deze techniek, ook wel additieve productie genoemd, bouwt objecten laagje voor laagje op met materialen zoals kunststoffen, metalen, keramiek en composieten. Naarmate de mogelijkheden van 3D-printen zich verder ontwikkelen, neemt de productiecapaciteit toe. De hardware en materialen voor 3D-printen blijven zich ontwikkelen.Steeds meer industrieën omarmen deze technologie. Maar met zoveel machines en materiaalmogelijkheden die nu beschikbaar zijn, kan het overweldigend zijn voor nieuwkomers. Deze gids heeft als doel een uitgebreid overzicht te geven van veelgebruikte 3D-printtechnologieën en -materialen.

Soorten 3D-printtechnologieën en voorkeursmaterialen

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

• Fused Deposition Modeling (FDM) Printers extruderen verwarmde thermoplastische filamenten door een spuitmond op de bouwplaat. ABS En PLA Kunststoffen worden veelvuldig gebruikt.
• Stereolithografie (SLA) Het apparaat stolt vloeibare hars tot gehard plastic met behulp van een ultraviolette laserstraal die wordt geleid door scannende spiegels. De harsen zijn samengesteld voor een lage viscositeit en snelle uithardingstijden.
• Selectief lasersinteren (SLS) Het apparaat sintert fijne plastic-, 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 Sbinnen (DMLS) is een vergelijkbare poederbedtechnologie die specifiek is ontworpen voor de verwerking van zeer sterke metaallegeringen.

Andere methoden, zoals materiaaljetting en bindmiddeljetting, kunnen in full colour printen of gebruikmaken van exotische metaallegeringen. De mogelijkheden blijven zich uitbreiden naarmate 3D-printtechnologieën en -materialen zich verder ontwikkelen.

Kunststoffen in 3D-printen

Materiaalkundigen blijven de mogelijkheden van thermoplasten voor FDM-printing verleggen. Hier volgen enkele voorbeelden. geavanceerde filamenten Geschikt voor het printen van duurzame eindproducten:

• ASA (acrylonitril-styreenacrylaat)biedt UV-bestendigheid die dicht bij ligt ABS en de geschiktheid voor buitengebruik in verschillende weersomstandigheden.
• PC (polycarbonaat)Produceert superstevige kunststofcomponenten die in sommige gevallen bewerkte metalen onderdelen kunnen vervangen. Printkennis is echter essentieel voor een goede hechting tussen de lagen.
• TPU (thermoplastisch polyurethaan) en flexibele TPE-filamentenMaakt rubberachtige prints met uitzonderlijke buigzaamheid mogelijk voor toepassingen zoals wearables of op maat gemaakte handgrepen.
• PEEK (polyetheretherketon)Het is bestand 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 toepassing ervan buiten de industrie aanzienlijk.

3D-printen van metalen

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

1. Roestvrij staal – Hoge sterkte en corrosiebestendigheid

Bedrukking van roestvrij staal Dit garandeert een uitzonderlijke dimensionale stabiliteit voor onderdelen die buiten worden gebruikt of aan chemicaliën worden blootgesteld. De hechting tussen de lagen van gebonden metaalafzetting maakt het zelfs mogelijk om bruggen of overhangen zonder ondersteuning te printen.Na het sinteren kunnen de onderdelen worden bewerkt, getapt en gepolijst, waardoor ze eigenschappen krijgen die lijken op die van traditioneel vervaardigd roestvrij staal.

2. Titanium – Extreem licht en sterk

De lucht- en ruimtevaartindustrie werkt vaak met titaniumlegeringen vanwege hun gunstigere sterkte-gewichtsverhouding dan die van aluminium. 3D-printen van complexe titanium onderdelen Vermijd de lasverbindingen die gelaste titaniumconstructies verzwakken, door het materiaal uit één stuk te laten bestaan. De hoge prijzen van titaniumpoeder blijven een belemmering, behalve in sectoren zoals de autosport die op zoek zijn naar lichtgewicht metalen onderdelen.

3. Aluminium – Een toegankelijk alternatief metaal

Aluminium wordt veel gebruikt vanwege het lage gewicht en de corrosiebestendigheid. Metaal 3D-printen maakt het mogelijk om op maat gemaakte aluminium onderdelen, die voorheen als losse assemblages werden vervaardigd, te consolideren. Gereedschapsprototypes, robotcomponenten en ontwerpmodellen profiteren allemaal van deze technologie. 3D-geprint aluminiumNaarmate de kosten van printers verder dalen, kunnen kleine bedrijven gebruikmaken van snelle aluminiumproductie zonder afhankelijk te zijn van externe leveranciers.

Keramiek en exotische materialen 3D-printen

Technische keramiek gemaakt van aluminiumoxide, zirkoniumoxide en siliciumcarbide vereist extreem hoge temperaturen en precisiegereedschap om efficiënt te kunnen worden bewerkt. Onderdelen zoals keramische pompwaaiers en raketgeleidingssystemen waren voorheen onmogelijk te produceren buiten gespecialiseerde gieterijen. 3D-printing heft deze barrières op door middel van poederbedtechnologieën waarmee complexe keramische componenten gesinterd kunnen worden.

PlusDe mogelijkheden reiken 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 de ontwikkeling van op maat gemaakte medische implantaten of elektronica mogelijk maken, waarbij geleidende sporen worden geïntegreerd die geprint zijn met koper- of grafeenpasta. We staan ​​nog maar aan het begin van het verkennen van het potentieel dat zich uitstrekt over een breed scala aan toepassingen. 3D-geprinte keramiek, glas en exotische materialen.

Composietmaterialen en 3D-printen

Hoewel kunststoffen, metalen en keramiek nog steeds de meest gebruikte materialen in de productie zijn, bieden composieten, die polymeren combineren met andere versterkingsmaterialen, superieure mechanische eigenschappen die met conventionele methoden niet te bereiken zijn.

1. 3D-geprinte koolstofvezelcomposieten

FDM-printen met koolstofvezelfilament Vult onderdelen met een lichtgewicht en stijf polymeer. De stugge filamenten vereisen spuitmonden van gehard staal om slijtvaste componenten te printen die sterker zijn dan nylon en bijna net zo sterk als aluminium. Toepassingen variëren van op maat gemaakte quadcopterframes tot hoogwaardige auto-onderdelen.

2. Metaal- en houtgevulde composieten

Fused deposition modeling combineert ook eenvoudig standaarden ABS En PLA Kunststoffen met metaalpoeders of houtpulp worden gebruikt om de esthetische, thermische en functionele eigenschappen te veranderen. Prints met messing, koper en brons lijken visueel op bewerkt metaal, maar behouden het lagere gewicht van kunststoffen. Met houtvezels versterkte lamellen kunnen zelfs realistische nerfpatronen worden nagebootst voor meubelprototypes.

Hoe u de ideale 3D-printmaterialen kiest

Met zoveel machines en materialen die tegenwoordig beschikbaar zijn voor elke toepassing en elk budget, vereist het correct afstemmen van de printtechnologie op de ontwerpdoelen en materiaaleisen onderzoek en overweging van de volgende belangrijke factoren:

• Functionaliteit van het onderdeel - Is het bestand tegen zware belastingen of extreme omgevingsomstandigheden?
• Maatnauwkeurigheid en afdrukprecisie vereist
• Mechanische eigenschappen zoals stijfheid, slijtvastheid of temperatuurlimieten
• Materiaalkosten - Exotische filamenten kunnen een hogere prijs met zich meebrengen.
• Nabewerking is eenvoudiger - Bij sommige materialen zijn de printsteunen gemakkelijker te verwijderen.
• Het model en de specificaties van uw 3D-printer - de materiaalmogelijkheden variëren.

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

Ervaring opdoen is cruciaal voordat men aan complexe projecten begint. Dankzij constante materiaalinnovaties krijgen 3D-printers elk jaar meer mogelijkheden. Kwantitatieve gegevens zoals veiligheids- of technische specificaties helpen ingenieurs en ontwerpers bij het selecteren en beoordelen van het optimale materiaal voor elke toepassing.

Nabewerking van 3D-geprinte objecten

Een vers geprinte print, rechtstreeks van de bouwplaat, voldoet zelden direct aan de eisen. Diverse nabewerkingsprocessen verbeteren de sterkte, esthetiek en functionaliteit:

• Het verwijderen van ondersteuningsconstructies– Verwijder de steunstructuren of los ze op in chemische baden.
• Schuren en vijlen– Verzacht oppervlakkige oneffenheden tussen de lagen die zichtbaar zijn in afdrukken.
• Grondverf en schilderen– Met name SLA-prints moeten worden gladgemaakt, geseald en geverfd om de na het schuren zichtbare printlaagjes te verbergen.
• Onderdelen verbinden- Lijm de onderdelen met behulp van oplosmiddelen, epoxyharsen of MABS lasnaden in het zwembad.
• Metalen afdrukken– Vereist ontbindings- en sintercycli om polymeren te verbranden en de poeders tot vaste metalen te versmelten.

De toekomst van 3D-printmaterialen

3D-printing breidt zich steeds verder uit, van nichetoepassingen voor snelle prototyping tot de productie van eindproducten in diverse industrieën. Dankzij schaalvoordelen, lagere printerkosten en een breder scala aan materialen is een toekomst van volledig gedistribueerde en on-demand productie aannemelijk. Echte duurzaamheid hangt echter af van het hervormen van toeleveringsketens om grondstoffen te besparen naarmate de technologie zich verder ontwikkelt.

Doorbraken in hernieuwbare bioplastics en groene chemie 3D-printing kan afval en energieverbruik tijdens de materiaalsynthese voor 3D-printers minimaliseren. Ook recyclebaarheid verdient meer aandacht bij de ontwikkeling van nieuwe composieten of technische polymeren. Door samenwerking tussen bedrijven, onderzoekers en regelgevende instanties kan 3D-printing wereldwijd zorgen voor klimaatvriendelijke en eerlijke toegang tot geproduceerde goederen.

De conclusie

Naarmate printers en materialen zich ontwikkelen en steeds preciezer, sterker en functioneler worden 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 volledig nieuwe productontwerpen en bedrijfsmodellen te bedenken. Het handhaven van verantwoorde en duurzame praktijken naarmate 3D-printen zich verder verspreidt, zal ervoor zorgen dat de technologie bijdraagt ​​aan een rechtvaardige en welvarende toekomst wereldwijd.

Lees meer

• Populaire 3D-print slicing software
• QIDI 3D-printers krijgen lovende recensies
• Beste 3D-modelwebsites van 2023 -- Oneindige mogelijkheden creëren