3D-design & printing

Hoe ontwerpt en print u een perfect 3D-model?

Dat engineering een bijzonder en mooi vak is, hoeven we eigenlijk niet uit te leggen. Alle (gebruiks-)voorwerpen om ons heen zijn ooit door een engineer ontwikkeld. Jarenlang werd voornamelijk ontworpen en geproduceerd met de bekende technieken zoals draai-frees of spuitgiet. Inmiddels heeft de 3D-printer zijn weg gevonden binnen de maakindustrie, maar een design maken voor een 3D-print vraagt om een nieuwe manier van denken.

Bij de traditionele technieken wordt meestal ontworpen vanuit een ‘blok’ materiaal, van dit ‘blok’ wordt materiaal afgehaald, net zo lang tot het gewenste eindproduct ontstaat. Bij het maken van een 3D model wordt juist begonnen vanuit een leeg vlak. Dit lege vlak is het nieuwe uitgangspunt van de engineer. Het 3D-model wordt laagje voor laagje opgebouwd, waar moet dan rekening mee gehouden worden tijdens het ontwerp- en printproces?

3D model maken
Allereerst is een digitale 3D-tekening nodig van het product of onderdeel. Er zijn diverse CAD 3D-tekensoftware pakketten op de markt, zoals SOLIDWORKS waar het 3D-design mee getekend kan worden. Het aanleren van het tekenen van eenvoudige modellen is relatief snel te doen, er zijn diverse trainingen waarbij de basisbeginselen worden aangeleerd.

Printbaar maken
Wanneer er een 3D-tekening is moet het tekenbestand worden omgezet naar een 3D-printbaar bestand, het wordt dan omgezet naar een zogenaamd .STL bestand. Er zijn diverse slice software pakketten zoals Simplify3D, die 3D-tekeningen omzetten naar een in laagjes opgebouwd model. In principe hoeft u hier niks aan te doen, maar uiteraard is het wel mogelijk om diverse instellingen aan te passen, voor bijvoorbeeld het materiaal (filament) waar u mee wilt printen.

Belangrijke aspecten om rekening mee te houden tijdens het ontwerp- en printproces zijn:

Dunwandigheid
In de praktijk gebeurt het wel eens dat modellen worden verschaald naar een ander formaat. Bij het terug schalen van een model kan het voorkomen dat de wanden te dun worden om geprint te kunnen worden. De meeste 3D-printers hebben een vaste nozzle (printkop) grootte met een diameter van 0.4mm. Hoewel dit voor de meeste modellen goed werkt, kunnen er problemen ontstaan wanneer er lagen afgedrukt moeten worden die kleiner zijn dan de nozzle afmeting. Wanneer een 0.2mm dikke wand geprint moet worden met een nozzle van 0.4 mm, zal deze dunne wand niet worden weergegeven in de Simplify3D-preview en dus niet worden afgedrukt. Lees meer over het printen van dunwandige modellen.

Tip: schaal altijd terug in het CAD-tekenprogramma (in plaats van in de slice software) voor het beste resultaat.

Ondersteuningsmateriaal
Bij het 3D-printen wordt vaak gebruik gemaakt van ondersteuningsmateriaal PVA, PVA+ of HIPS. Deze support filamenten zijn oplosbaar en hierdoor kunnen holle of andere complexe vormen worden geprint. De hoek waaronder de 3D-printer zonder support materiaal kan printen is 45 graden. Voor iedere hoek hieronder, dus van 0 tot 44 graden zal ondersteunend materiaal gebruikt moeten worden. Ook bij het printen van bijvoorbeeld schroefdraad is support materiaal nodig.  Lees hier meer over het printen met support materiaal.

Samenstellingen
Met een 3D-printer kunnen veel complete samenstellingen in een keer geprint worden, mits het printer bed groot genoeg is hiervoor. Om een samenstelling in één keer te printen is het van belang dat de complete 3D-getekende samenstelling als één .STL bestand is opgeslagen in het CAD 3D-tekenprogramma.

Overspanningen
Met een 3D-printer kunnen bepaalde overspanningen (bridging) worden geprint. De 3D-printer kan overspanning van 0 tot 5 mm makkelijk overbruggen. Voor overspanningen van 5 tot 15 mm zijn wat aanpassingen in de slice software vereist. Het grote voordeel van printen met kunststof (filament) is dat wanneer het afkoelt het zich ook weer strak trekt, omdat het iets krimpt.

Tolerantie
Wanneer er twee onderdelen worden geprint die in elkaar moeten passen, zoals een bout-moer constructie, moet er rekening gehouden worden met de krimp van het kunststof. Door de werking van het kunststof zit er altijd een tolerantie in. Over het algemeen gaat het goed wanneer een tolerantie van ± 0,10mm wordt aangehouden, maar dit kan per model verschillen.

Wilt u meer uitleg over bovenstaande aspecten, zelf meer kennis opdoen over het 3D-modelleren en het 3D-printen? Volg de training ‘modelleren voor 3D-printen’ . In 2 dagen leert u een 3D-model tekenen, maar u krijgt ook tips om het 3D-model perfect te printen met een dddrop 3D-printer.