3D-printen is een technologie die innovatie aanmoedigt en de vrijheid biedt om zelf objecten te ontwerpen en te maken.
De 3D-printer
Waaruit bestaat een 3D-printer en hoe wordt mijn 3D-object laag voor laag opgebouwd?
1
Extruder
2
Cold end
3
Stepper motor
4
Hot end
5
Nozzle
6
Dimensies
1. Extruder
De extruder bestaat uit meerdere onderdelen die we kunnen opsplitsen in een cold end (2) en een hot end (3). Het cold end voert het materiaal aan naar het hot end, waarin het materiaal smelt en zich door een klein gaatje naar buiten perst. Het cold end is direct aangesloten op het hot end. Het cold end kan ook bevestigd zijn aan de behuizing van de printer. In dit geval worden beide onderdelen verbonden via een holle kabel die het materiaal geleidt.
2. Cold end
De warmte van de extruder kan het materiaal doen smelten voordat het nodig is. Daarom hebben extruders een cold end dat zorgt voor verkoeling zodat het materiaal hard blijft. De wieltjes in het cold end worden aangedreven door de motor (3) en trekken het materiaal naar het hot end (4).
3. Stepper motor
Het cold end heeft een kleine, elektrische motor die de wieltjes aandrijft waartussen het materiaal zit geklemd. De wieltjes trekken de draad in nauwkeurige stappen door naar het hot end (4).
4. Hot end
Het verhitte onderdeel van de extruder heeft een smeltkamer en een verwarmingselement dat het materiaal smelt op temperaturen tussen de 200 en 250 graden Celsius. Het gesmolten materiaal gaat door de nozzle (5) naar buiten.
5. Nozzle
De nozzle is bevestigd aan het uiteinde van de extruder en heeft een gaatje waaruit het gesmolten materiaal de printkop verlaat. De grootte van het gaatje kan verschillen tussen een diameter van 0,1 en 1 millimeter. Hiermee kan de dikte van het materiaal worden bepaald, waarbij een dunnere draad zorgt voor een fijnere afwerking van het geprinte object.
6. Dimensies x, y, z
De extruder kan bewegen in drie richtingen om het object laag voor laag op te bouwen. Op het platte vlak beweegt de printer van links naar rechts (x-as) en van voren naar achter (y-as). Via de derde dimensie (z-as) kan de extruder omhoog bewegen om de volgende laag te printen.
7. Printbed
Het printbed is het bouwplatform waarop het object laag voor laag wordt opgebouwd. Het bouwplatform is verwarmd tussen de 60 en 110 graden Celsius om de kwaliteit van de print te verbeteren. Wanneer een geprinte laag te snel afkoelt, kan het materiaal gaan krimpen en scheuren. Het verwarmde bouwplatform houdt de geprinte lagen warm en zorgt dat het object niet gaat buigen tijdens het printen.
Het 3D-object
Waaruit bestaat een 3D-object en wat is bepalend voor de kwaliteit van mijn print?
8
Filamentrol
9
Filament
10
Layer height
11
Infill
12
Support
13
Bridging
8. Filamentrol
Filament is het materiaal dat een 3D-printer gebruikt om objecten te kunnen printen. Het ruwe materiaal (plastic korrels) wordt getrokken tot een draad (filament), zodat de 3D-printer het materiaal kan verwerken. Er zijn veel verschillende soorten filament, met allemaal andere kleuren, materialen en eigenschappen. De meeste desktop 3D-printers zijn gemaakt voor het printen van plastic filament zoals ABS of PLA.
9. Solide en gesmolten filament
Het filament op de spoel heeft een vaste, sterke vorm en is meestal verkrijgbaar in een diameter tussen de 1,75 en 3 millimeter. Om goede printresultaten te krijgen, is het belangrijk dat de dikte van het filament over de gehele draad gelijk is. Wanneer het filament is gesmolten, heeft het een dikte die kleiner is dan 1 millimeter.
10. Layer height
De layer height is de hoogte van de stappen die een 3D-printer maakt om het object in lagen op te bouwen. Hoe kleiner de stappen des te fijner het resultaat. Voor een gedetailleerde afwerking van het object zijn stappen van 0,05 millimeter geschikt. Wanneer snelheid belangrijker is dan kwaliteit, kunnen stappen van 0,4 millimeter zorgen voor een ruwe afwerking.
11. Infill
3D-printen biedt de mogelijkheid om de binnenkant van het object niet helemaal op te vullen met materiaal. Dit bespaart materiaal als het object minder stevigheid vereist. Het percentage invulling (infill) van het object wordt bereikt door het printen van een interne structuur, bijvoorbeeld een honingraat, die een bepaalde dichtheid kan hebben. De maximale stevigheid van een object is bij een dichtheid tussen de 50% en 75%. Een opvulling van meer dan 75% heeft bewezen geen verschil te maken.
12. Support
Support is nodig wanneer een object onvoldoende ondersteuning heeft tijdens het printproces. Bijvoorbeeld bij het 3D-printen van de tuit van een theepot. De tuit hangt aan het lichaam van de theepot en rust niet op het printbed of een onderliggende laag. De tuit heeft ondersteuning nodig om de vorm op te kunnen printen. Het computerprogramma maakt hiervoor steunpilaren aan. Deze steunpilaren kunnen worden afgebroken en verwijderd nadat de 3D-printer klaar is met het object.
13. Bridging
Bridging gebeurt wanneer een onderdeel van het object wordt geprint in de lucht. Bijvoorbeeld bij het 3D-printen van het oor van een theepot. De bovenkant van het oor rust niet op het printbed of een onderliggende laag, maar is wel verbonden als een brug met een beginpunt en een eindpunt. Wanneer de brug te lang is, maakt het computerprogramma alsnog support (12) aan ter ondersteuning.
14. Digitale bestand
Het 3D-printen van een object begint bij het digitale object dat is ontworpen in een 3D-tekenprogramma of gedownload op platforms zoals thingiverse of youmagine. Er zijn verschillende bestandsformaten voor 3D-objecten, maar alleen een STL-bestand is geschikt voor het 3D-printen van objecten. Het programma Slic3r gebruikt het STL-bestand om de 3D-tekening om te zetten in een G-code die de 3D-printer kan lezen. Voor het Maker Academy Introductiepakket zijn de STL-bestanden al klaar gemaakt om direct te kunnen printen.
