home

discl. / , lid NVJ

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z


3d-printer

 

3d-printer, 3dp, 3DP, 3DCP (3D-CP)

Ook, soms: Additive Manufacturing (AM). 3D printen is het "afdrukken" van een digitaal ontwerp in 3 dimensies, dus niet in het platte vlak maar als voorwerp (object). Meestal gebeurt dat door het opbouwen van het object in dunne laagjes; op die manier kunnen holtes e.d. worden overbrugd.
Voor allerlei materialen en toepassingen zijn er speciale printers en technieken.
Naast 3DP (3D Printen) wordt soms de term 3DCP gebruikt als het om beton gaat (3D Concrete Printing); zeer veel andere, specifieke termen vindt u verderop bij Methode Technologie Materiaal.

Voordelen van 3D printen zijn o.m.:
- printen alleen als het voorwerp of onderdeel nodig is (enkele stuks; bij defect of onderhoud; onderdelen die uit productie zijn, kunnen vaak wel geprint worden (sneller vervangen, geen wachttijd op fabriek; onderdeel moet wel zijn gescand en softwarematig ingevoerd zijn)
- geen omvangrijke reserves meer nodig van allerlei voorwerpen/onderdelen (op allerlei locaties op aarde)
- een aanpassing van het voorwerp/onderdeel is op korte termijn door te voeren (ook wat betreft extra kwaliteitseisen)
- geen lange weg van leverancier tot klant (bij betrekkelijk lokaal printen, vooral bij spoedklussen belangrijk)
- door de vormvrijheid: kunstvoorwerpen kunnen worden geprint (vazen, serviezen, lampen, houders voor smartphones e.d.; complexe vormen mogelijk; geen of een kleine voorraad is voldoende)
- vooral in maak-sectoren waar enkele stuks of kleine series worden gemaakt en nog veel mensen werken, kan robotisering door de 3D-printer zich bewijzen, zeker bij een tekort aan personeel zoals in de bouw
- bij bijvoorbeeld beton printen heb je geen bekisting nodig en zijn ook complexe vormen mogelijk. 

(Extra) voordelen 3D printen beton:
- productiesnelheid en doorlooptijd van de bouw van een woning kan veel korter dan bij traditioneel bouwen 
- op de bouwsite printen bespaart veel materiaal en manuren (reductie grondstoffen, nauwelijks restmateriaal; geen bekisting nodig; minder CO2-uitstoot)
- complexe vormen zijn mogelijk; de vormvrijheid bevordert creativiteit en klantgerichtheid (mass-costumization, "co-creatie met de eindgebruiker")
- aanpassingen in het ontwerp zijn snel doorgevoerd (digitaal proces, digitale aansturing printer)
- naast muuropeningen zijn ook nissen, schachten, leidingkanalen e.d. in de muren uit te sparen
- door het digitale proces zijn er aanzienlijk minder faalkosten
- gewapend beton printen met vezels of meegeprinte draad (stabiliteit wordt ook geregeld door te ontwerpen op druk, vergelijkbaar met metselwerk; vezels alleen als die niet zichtbaar zijn bijvoorbeeld bedekt met stucwerk, isolatiemateriaal o.d.; een staaldraad dient voldoende dekking te hebben)
- uiteraard komt niet de gehele woning uit de 3D-printer, maar geschat wordt dat een woning toch 10-20% goedkoper is wanneer muren e.d. 3D-geprint wordt.

Betonprinters en speciaal beton zijn er bijvoorbeeld van Weber Beamix.

Nadelen 3D printen (vooralsnog):
- (nog) niet echt geschikt voor zeer grote aantallen (het printen gaat vrij langzaam); hoewel bijvoorbeeld het 3D-printbedrijf Oceanz in 2020 tijdens de Corona-crisis (Covid-19) per dag 30.000 "test-swabs" kan printen (Oceanz noemt het zelf ook een voorbeeld van het snel kunnen schakelen van rapid prototyping naar grote series)
- niet alles is uit te voeren met behulp van 3D printen (soms moet iets ondersteund worden omdat je geen laagje materiaal "in de lucht" kunt leggen)
- bij betonprinten vooral: vochtig beton kan "inzakken" (plastisch bezwijken) of "knikken" (omvallen, instabiliteit)
- het printen moet meestal vrij langzaam plaatsvinden, zeker bij langzaam drogend materiaal (bijvoorbeeld beton), anders is het materiaal nog te zacht om de volgende laagjes te dragen; het printen mag ook niet t langzaam plaatsvinden, omdat de hechting tussen de laagjes dan te zwak wordt; er moet een evenwicht zijn tussen snelheid van de printkop en het printpad (als de printkop na het printpad doorlopen te hebben weer terug is op het startpunt moet de mortel voldoende opgestijfd zijn; de vloeibaarheid van de mortel kan hierop aangepast worden)
- testen van de geprinte materialen is soms nog vrij duur (als bij metaal de legering belangrijk is en niet bekend is, kan dit testen ook vrij duur zijn)
- tip van Phil Reeves: let niet op wat je kunt printen, maar op wat je moet printen ("maak een lijst met onderdelen die problematisch zijn en kijk of 3d printen daar een oplossing voor is"; ga na wat 3d-printen je aan extra klanten kan opleveren)
- rekenregels voor betonprinten zijn nog niet bekend (bepalen eindsterkte e.d., situatie 2019); "waar van toepassing worden de gangbare rekenregels uit de vigerende normen gebruikt; waar deze niet van toepassing zijn, wordt door testen aangetoond dat het eindproduct aan alle eisen voldoet"
- voor kritieke onderdelen is certificering vereist en er is nog geen certificering (situatie 2019; voor samenwerkingsverbanden tussen opdrachtgevers en 3dp-bedrijven zie o.m. Mobility goes Additive)
- voor creatie en aanpassingen van de 3d-ontwerpen zijn gespecialiseerde software-ontwikkelaars nodig (maar die komen er wel steeds meer)
- een gereed product moet toch meestal worden afgewerkt/bijgewerkt (polijsten e.d.)
- de vormvrijheid heeft natuurlijk wel zijn begrenzing; het geheel moet wel uitvoerbaar zijn wat betreft stijfheid, elasticiteit, uitvoerbaarheid (t dunne delen breken wellicht sneller, bepaalde openingen zullen moeilijk uitvoerbaar zijn)
- het bedrijf moet 3d-geprinte producten wel in het productiepakket kunnen hebben (sales, verkoopkanaal aanpassen; hoe staat het met aansprakelijkheid als product niet voldoet; kunnen we gepersonaliseerde producten aanbieden e.d.).

Kenmerken van 3D-printen:
- vormvrijheid (alle denkbare vormen zijn mogelijk, hoewel voorlopig de grootte nogal beperkt is; wanneer een printer over meer assen kan draaien zijn complexere vormen te bouwen)
- rapid protoyping (een prototype van iets wordt op een snelle manier gefabriceerd; het prototype geeft inzicht bij ontwerpers en geselecteerde gebruikers 
- maquettes e.d. als uitvoer (maquette is als prototype te beschouwen)
- besparing in tijd en geld door aanpassingen in de ontwerpfase in plaats van in een latere fase
- enkele stuks i.p.v. duizenden of miljoenen
- zelf printen verkleint de kans dat een ontwerp gestolen wordt.

Toepassingen (vooral met betrekking tot de architectuur):
- digital manufacturing (E-Manufacturing, Rapid Manufacturing; ook bijvoorbeeld printen van keukenbladen op maat moet mogelijk zijn)
- rapid prototyping (een model van een object maken en nagaan of het voldoet aan de wensen)
- generatief constructief ontwerpen: ontwerper voert ontwerpdoelen en randvoorwaarden in als input de tool komt met alle mogelijke ontwerpen (bijvoorbeeld bij bruggenbouw als input o.m. oplegcondities, krachtwerking, belastingsgevallen, ontwerpruimte, materiaaleiegenschappen)
- printen van maquettes e.d. (schaalmodel van een gebouw, indirect vanuit een CAD-bestand of vanuit een opname van een 3d-laser-scanner; printen van prothesen en bot-implantaten, printen van werkelijke gebouwen staat in de kinderschoenen)
- printen van bijvoorbeeld mallen, borden met braille-schrift e.d. (van beton, voor beton, van gips voor metalen gietsels)
- als een object na printen kan veranderen onder invloed van temperatuurswijziging, water o.d., dan is sprake van 4d-printen (de factor tijd is toegevoegd aan het 3d-geprinte voorwerp).

Het CAD-bestand uit de ontwerpsoftware van architecten kan omgezet worden naar een ander type bestand (een zogenoemd STL-bestand) waarmee een 3d-printer gedetailleerde maquettes kan printen. Zo bespaart 3d-printen tijd en geld en het resultaat verhoogt de kans dat een ontwerp wordt gekozen.

Geprinte materialen o.m.:
- 3d-printen met beton (bijvoorbeeld Weber Beamix; CyBe maakt 3d-printers voor beton; bijvoorbeeld Bruil Prefab Printing en BAM Infra past 3d-betonprinten toe)
- 3d-printen met kunststoffen (polymeren); redelijk goedkope printers
- 3d-printen met metalen; vooralsnog behoorlijk dure printers (wisselen van metaal betekent helemaal schoonmaken); 3d-printen met metalen wordt ook wel MAM (Metal Additive Manufacturing) genoemd (bijvoorbeeld K3D 3D metaal printen
- 3d-printen met keramiek, glas, "hout"
- 3d-printen van biologisch materiaal (bioprint ofwel printen van (menselijk) weefsel, printen van voedsel).

Methode Technologie Materiaal

methode technologie materiaal
laagje voor laagje; extrusie en een hotend; inkjet-technologie met een draad materiaal als invoer dat door het "hotend" smelt; met een spuitkop wordt vloeibare polymeer, legering o.d. laagje voor laagje opgebracht dat na opbrengen uithardt - FDM Fused Deposition Modeling (kunststof)
- BMD Bound Metal Deposition (metaal, legering)
- FFF Fused Filament Fabrication
- CJP ColorJet Printer: elk laagje kan een andere kleur krijgen
- Polyjet: inkjet-technologie; bij deze spuittechniek wordt het object van kunsthars verhard (gehard) met UV-licht
polymeren (thermoplasten ABS, PolyLactic Acid PLA (Polymelkzuur, een zeer veel gebruikte polymeer), polyamide, nylon e.d.), HDPE, legeringen (metalen), voedsel
     
laagje voor laagje; in poedervorm; een warmtebron smelt het poeder (omdat de laagjes dun zijn, duurt het proces vrij lang) - SHS (Selective Heating Sintering): met een spuitkop wordt een voorwerp met een polymeer in poedervorm laagje voor laagje opgebouwd; de laagjes smelten door een warmtebron en stollen daarna
- SLM (Selective Laser Melting): voorwerp wordt met metaalpoeder opgebouwd, een laserstraal smelt het poeder dat daarna verhardt; de term HP-SLM heeft te maken met de High-Power laserstraal
- DMLS (Direct Metal Laser Sintering): vergelijkbaar met SLM, alleen nu zeer dunne laagjes metaalpoeder (20-40 micrometer)
polymeren (thermoplasten), legeringen (metalen)
- SLS (Selective Laser Sintering): de warmtebron is een laser; nauwkeuriger dan DLP polymeren (thermoplasten), poeders, keramische poeders (porselein)
- EBM Electron Beam Melting: metaalpoeder (of metaaldraad) wordt gesmolten door een elektronenstraal; verwerking van metaalpoeder lijkt op SLS en SLM (EBM in vacum, dus ook titanium te gebruiken); verwerking van metaaldraad lijkt op FDM metalen (ook titanium)
- EBF3 Electron Beam FreeForm Fabrication: vergelijkbaar met EBM metalen, legeringen
     
laagje voor laagje; in poedervorm; een bindmiddel verhardt het materiaal:
door de spuitkop wordt een bindmiddel op de poederlaag gebracht waardoor het materiaal verhardt
- DSPC (Direct Shell Production Casting): produceert vanuit 3d-CAD-software de keramische mallen voor metalen gietsels keramiek
     
laagje voor laagje, fotopolymeer, in een vloeistofbad - DLP (Digital Light Processing): in een bad van vloeibare fotopolymeer (fotoreactief hars) worden lagen opgebouwd door te bestralen met een lichtbron (het polymeer verhardt door de straling) polymeren (thermoplasten)
- SLA-printer (Stereo Lithography Apparatus): het vloeibare kunsthars bevindt zich in een bad; een UV-laser verhardt de polymeer; zeer nauwkeurig te richten
SGC (Solid ground curing): hier gaat het meer om vlakken dan om smalle laagjes; een masker wordt toegepast om een deel van het totale vlak te belichten met een laserstraal waardoor dat deel verhardt
     
laagje voor laagje, metaaldraad, lastechniek; deze techniek werkt sneller dan de poedertechniek (een draad i.p.v. dun poederbed) - WAAM (Wire and Arc Additive Manufacturing): metaaldraad is de bron; met een lichtboog (vlamboog) lastechniek (MIG-10) wordt het metaal gesmolten en laag voor laag aangebracht metalen
   
"laagje voor laagje", metalen plaat, laserstraal; deze techniek werkt sneller dan de poedertechniek (een plaat i.p.v. dun poederbed) - LOM (Laminated Object Manufacture): werkt niet met een metaaldraad, maar met een metalen plaat (metaal van de rol) en een laserstraal metalen



tabel met soorten filament;
klik voor iets groter (123-3d):


beton printen (3dprintedhouse):


maquettes uit de 3d-printer (cad2reality):


Documentatie
- Van idee tot tastbaar model (van Cad2Reality)

- Voorbeelden van 3d-prints van allerlei soort (van Shapeways)

- Kan ook: voorbeelden van chocolade

- Experimental characterization and numerical modelling of 3D printed concrete (van Rob Wolfs, TUe, 20190912)


Zie o.m. Cad2Reality, Rapid Prototyping, Ground3D, Shapeways, i.Materialise, 3D Print Lab, LLowlab, MX3D, Metal AM.

Zie eventueel laser-scanner-3d, digitalisering (technologische ontwikkelingen).