Dit e-boek is voorzien van een verborgen, persoonlijk watermerk.
Het verspreiden of openbaar maken van dit e-boek is niet toegestaan.

This e-book contains a hidden and personal watermark. Distribution is prohibited.

Inhoud

Voorwoord

Hoofdstuk 1: Aan de slag met een 3D-printer

Een inleiding in de hardware en soft ware voor 3D-printen

Een printer kiezen

Kant-en-klaar, bouwpakket of zelfbouw?

Software

STL-bestanden aanmaken

Slicen

De fixup

Je eerste 3D-print

De anatomie van een 3D-printer

Het positioneersysteem

De mechanische componenten van een 3D-printer

Filament kiezen

De volgende stap: wat ga je maken?

Hoofdstuk 2: Zes 3D-printers getest

De uitdagingen

De UP! Plus 3D

Felix 1.0

Printrbot Jr. (v1)

Replicator 2

Type A Series 1

Ultimaker

Hoofdstuk 3: Software voor 3D-ontwerpen en printen

Een overzicht van de benodigde software voor modelleren, slicen en printeraansturing

3D-modelleersoftware

Slicers en CAM-software

Printerstuursoftware

Hoe nu verder?

Hoofdstuk 4: 3D-ontwerpen voor de echte beginner

Met Tinkercad in enkele minuten een grappige robotkop ontwerpen

1. Een Tinkercad-account maken

2. Een gat maken

3. De kop van de robot maken

4. De kop en het gat positioneren

5. De kop en het gat tot één object groeperen

6. De kop hol maken

7. De robot een mond geven

8. De ogen van de robot

Hoofdstuk 5: Aan de slag met Slic3r

Slic3r is een gratis pakket dat STL-bestanden voorbereidt voor printen

1. Een profiel benoemen

2. De printinstellingen

Omtrekken en massieve lagen

Opvulling

Snelheid

De afbakening

Steunmateriaal

Opmerkingen en diverse instellingen

Geavanceerde instellingen

3. De instellingen van het filament

Koelen

4. De printerinstellingen

Aangepaste G-code

Instellingen van de Extruder

Terugtrekken

5. Terug naar de Plater

Werken met meerdere STL-bestanden

Veel plezier ermee!

Hoofdstuk 6: 3D-scans maken en bijwerken

3D-modellen van echte objecten maken met de Kinect, ReconstructMe en 123D Catch, en deze opschonen voor 3D-printen

Wat is 3D-scannen?

Beperkingen

123D Catch

Tips voor het werken met 123D Catch

Foto’s maken met 123D Catch

Foto’s uploaden naar de cloud

Het rastermodel downloaden

ReconstructMe

ReconstructMe downloaden en installeren

Tips voor het reconstrueren van jezelf (of iemand anders)

3D-scans opschonen en herstellen

netfabb

MeshMixer van Autodesk

MeshLab

Pleasant3D

Scans repareren

Reparaties in netfabb

Het oppervlak van 3D-rasters gladstrijken

Hobbels en uitsteeksels verwijderen met MeshMixer

Laatste reparaties en afwerking in netfabb

Het model printen

Oppervlakken aanbrengen in scans

Gaten, losse delen en andere problemen verhelpen

Grote ontbrekende vlakken sluiten

Scan de wereld

Hoofdstuk 7: Je eigen hoofd in 3D printen!

Je eigen kop namaken met een camera en een 3D-printer

1. Maak een account aan bij Autodesk 123D

2. Maak digitale foto’s van je hoofd

3. Upload de foto’s naar Autodesk

4. Open je 3D-model

5. Bewerk het model

6. Het model ‘waterdicht’ maken

7. Het model bewerken (optioneel)

8. Deel je model met anderen (optioneel)

9. Sla het model op als printbaar bestand (optioneel)

Stap 10: print je hoofd!

Hoofdstuk 8: Kunststoffen voor 3D-printen

Een overzicht van verkrijgbare soorten 3D-kunststoffilament

Polymelkzuur (Polylactic Acid, PLA)

Polymelkzuur (Soft PLA, Flexible PLA)

LayWoo-d3

LayBrick

Acrylonitril-butadieenstyreen (ABS)

Hoge-impact polystyreen (HIPS)

Nylon

Polyethyleentereftalaat (PET)

Polycarbonaat (PC)

Hoge-dichtheid polyethyleen (HDPE)

Polycaprolacton (PCL)

Polyvinylalcohol (PVA)

Hoofdstuk 9: Industriële materialen en methoden

Wat 3D-printservices zoal te bieden hebben

Composietmaterialen en keramiek

Kunststoffen

Stereolithografie (SLA)

Selectieve lasersintering (SLS)

Fotopolymeerjet

Metalen

Directe lasersintering van metaal (DMLS)

Directmetaalprinten

Indirecte printmethoden

Hoofdstuk 10: 3D-printen zonder 3D-printer

Wanneer en waarom je een 3D-printservice gebruikt

Hoofdstuk 11: Aanbieders van 3D-printservices

De bedrijven in dit hoofdstuk kunnen 3D-geprinte objecten leveren in alle denkbare materialen

Bestanden uploaden en 3D-prints bestellen

Shapeways

Ponoko

Sculpteo

i.materialise

Kraftwurx

Staples (in samenwerking met Mcor)

Contactservices voor 3D-printen

makexyz

3D Hubs

Een printservice vinden

Print Chomp

Professionele services

ZoomRP.com

RedEye

3D Factory

3D-ontwerp- en printservices

3dPhacktory

Solid-Ideas

Hoofdstuk 12: 3D-prints verven

Nylon en polyamide 3D-prints een kleurtje geven

1. Verzamel alle benodigdheden

2. Leg je werkstukken in de week

3. Verven

4. Uitspoelen

5. Drogen

6. Maak er goede sier mee!

Hoofdstuk 13: 3D-prints afwerken

Lassen, nagelen, schuren, schilderen — alles over het verfraaien van jouw 3D-objecten

Gereedschappen en materialen

De geheimen van het vak

Wrijvingslassen

Onderdelen versmelten met wrijvingslassen

1. Het roterend gereedschap

2. De onderdelen voorbereiden

3. Begin met puntlassen

4. Vul gaten op met filament

5. De naad dichtlassen

Wrijvingslassen om een PLA-werkstuk te repareren

Blindnagels lassen

Klinknagels en scharnieren maken met filament

Lijmen en vullen met ABS-gel

3D-geprinte delen schuren

Hoofdstuk 14: 3D-prints verouderen

3D-geprinte objecten een verweerd uiterlijk geven

1. Kies een type grondlak

2. Een metallicverfsoort uitzoeken

3. Afwerking met drogepenseeltechniek

4. Grotere beschadigingen aanbrengen

5. Vies is mooi

6. Klaar!

Hoofdstuk 15: De revolutie van 3D-printen

Print de wereld van achter je eigen bureau

Hoofdstuk 16: 3D-printgalerie

Praktische toepassingen

3D-producten die te koop zijn

3D-printen in de medische wereld

Kunst en nijverheid in 3D-prints

HOOFDSTUK 1

Aan de slag met een 3D-printer

Een inleiding in de hardware en soft ware voor 3D-printen

Door Bill Bumgarner

Begin 2012 legde ik de hand op een Ultimaker, zette hem in elkaar en trad daarmee toe tot de snel groeiende groep huishoudens met een eigen 3D-printer. Het bleek een onderneming te zijn die zowel grote voldoening als eindeloze frustratie opleverde. In dit hoofdstuk wil ik mijn ervaringen op het gebied van doe-het-zelf-3D-printen met jullie delen. Ik ben uitgegaan van een budget van maximaal 2000 euro, waarbij het de bedoeling is om voorwerpen te maken van diverse soorten kunststof.

Kunststof is een bijzonder handig materiaal voor het maken van prototypen. Zo kun je een onderdeel voor bijvoorbeeld een motor of machine eerst in kunststof printen om te controleren of het uiteindelijke metalen exemplaar ook inderdaad zal passen. Je kunt het digitale 3D-ontwerp vervolgens opsturen naar een 3D-printservice, die het uitvoert in de metaalsoort die je wilt.

De meeste printers die we hier bespreken zijn zoals dat heet ‘hackbaar’. Dit betekent dat je het ontwerp ervan kunt aanpassen aan je eigen wensen. Ook is bijna alle software voor het aansturen van deze printers open source, al zijn er ook bepaalde commerciële softwarepakketten die veel gebruikt worden voor 3D-printen.

Een printer kiezen

De printers in dit hoofdstuk zijn van het additieve type, wat inhoudt dat ze voorwerpen maken door het toevoegen van materiaal (in tegenstelling tot bijvoorbeeld frezen, waarbij juist overtollig materiaal wordt verwijderd om een bepaalde vorm te krijgen). Deze nieuwe productiemethode is zo veelbelovend, dat de regering van president Obama hiervoor het National Additive Manufacturing Innovation Institute (NAMII) in het leven heeft geroepen om de innovatie op dit gebied verder te stimuleren.

Er bestaan drie gangbare methoden voor additieve fabricage: fotopolymerisatie, waarbij vloeibare hars door middel van lichtstralen uithardt tot de gewenste vorm; granulaire materiaalbinding, waarbij materiaalkorrels door middel van lasers, hete lucht of een andere energiebron in de gewenste vorm worden samengesmolten; en gesmoltenpolymeerdepositie (molten polymer deposition, oftewel MPD), waarbij een object wordt opgebouwd door laagje voor laagje gesmolten kunststof toe te voegen. Dit hoofdstuk gaat over de laatstgenoemde methode, die ook vaak wordt aangeduid met de Engelse term fused deposition modeling, oftewel FDM.

Bij gesmoltenpolymeerdepositie wordt een vaste kunststofdraad (het filament) door een verhittingselement (de printkop) gedrukt, waardoor de kunststof smelt en via een kleine opening laagsgewijs op het werkstuk wordt gedeponeerd. In plaats van kunststof kunnen soms ook andere materialen worden toegepast, zoals chocola of zelfs bepaalde metalen.

Printers die werken met polymeerdepositie (dus MPD/FDM) zijn het meest geschikt voor persoonlijk gebruik (al verdient de CandyFab van EMSL ook beslist een vermelding, want een printer die ruikt naar crème brûlée is wel heel erg cool!). MDP/FDM-printers zijn weer onder te verdelen in verschillende typen, afhankelijk van de manier waarop de extruder naar de gewenste plaats beweegt. Hierover later meer.

Kant-en-klaar, bouwpakket of zelfbouw?

Het moment is aangebroken om een printer te kiezen! Voor wie geld geen rol speelt, zijn allerlei kant-en-klare systemen te koop, maar de meeste daarvan vallen buiten ons vastgestelde budget van 2000 euro. Toch zijn er ook betaalbare modellen, zoals de Up 3D-printer. Dit is een relatief onderhoudsarm ‘klaar om te printen’-model. De MakerBot Replicator is een vergelijkbaar model dat meer mogelijkheden biedt, maar ook meer onderhoud vereist.

Een belangrijke waarschuwing is hier op zijn plaats: net zoals bij gewone inkjet- en laserprinters worden printers aangeboden die op zich weliswaar erg goedkoop zijn, maar juist bijzonder duur zijn in het gebruik. Dit komt doordat ze uitsluitend werken met bijbehorende filamentcartridges, die twee tot drie keer duurder zijn dan gangbare kunststoffilamenten.

Kunststof prototypen maken

De prachtige (en immens populaire) ‘Klein Bottle Opener’ van Bathsheba Grossman is een perfect voorbeeld van het principe van ‘prototype in kunststof, eindproduct in metaal’. Hierbij wordt een product eerst ver-volmaakt via meerdere goedkope 3D-geprinte prototypen in kunststof, alvorens het om te zetten in een veel kostbaarder metalen eindproduct.

De gele vorm is de 3D-geprinte kunststof flesopener van Grossman, met daarnaast het in RVS en brons geprinte eindproduct van Shapeways. Je kunt het model eindeloos aanpassen en telkens opnieuw printen voor minder dan een euro per stuk, en pas een metalen versie laten maken als je helemaal tevreden bent met de vorm, uitstraling, goede werking enzovoort.

Een proefprint van de Klein Bottle Opener, nog verbonden met het printbed eronder.

De print wordt losgemaakt van het printbed.

Het afgewerkte prototype naast de metalen eindversie.

Een andere optie is de aanschaf van een bouwpakket. Twee printers in deze categorie zijn de Printrbot en de Ultimaker. Beide typen worden geleverd met een uitstekende handleiding en vereisen alleen mechanische assemblage; de elektronische onderdelen zijn al helemaal klaar voor gebruik.

Misschien ben je op zoek naar een grotere uitdaging, en wil je echt helemaal zelf een printer bouwen. In dit geval is de RepRap- of de Rostock-printer iets voor jou. Deze printers bouw je zelf op uit diverse 3D-geprinte onderdelen, in combinatie met enkele metalen en houten delen en wat elektronische componenten. De onderdelen zijn via diverse kanalen online te bestellen, waaronder eBay, en worden vaak ook als compleet pakket aangeboden. In het algemeen moet je meer onderdelen bij elkaar zoeken naarmate je een geavanceerdere printer wilt bouwen.

De paragraaf ‘De anatomie van een 3D-printer’ verderop in dit hoofdstuk laat zien uit welke basisonderdelen een 3D-printer is opgebouwd.

Software

De werkwijze om van een idee tot een 3D-geprint object te komen kan worden opgesomd als modelleren (of scannen), opschonen (fixup), slicen en printen. Voor elk van deze stappen is allerlei software beschikbaar.

STL-bestanden aanmaken

Het STL-bestandsformaat is de universele taal waar de wereld van 3D-printen mee werkt. Wanneer een toepassing een 3D-model als STL-bestand kan exporteren, kan dit bestand ook gesliced en geprint worden. Je kunt STL-bestanden maken met zogenoemde CAD-programma’s. SketchUp is een populair programma, evenals diverse opensource-3D-modelleerprogramma’s.

Ongeacht welke software je kiest voor het modelleren, reken maar op flink wat tijd en moeite om ermee te leren werken. De kunst is het idee in je hoofd te vertalen in een verzameling eenvoudige vormen in het modelleerprogramma, zodat het resultaat ook daadwerkelijk geprint kan worden. Zo kun je geen overhangende delen onder een kleinere hoek dan ongeveer 45 graden printen, tenzij je een ondersteunende structuur aanbrengt. Dit laatste kost echter meer materiaal (dat je later ook weer moet verwijderen), meer tijd om te printen, en vergt ook meer afwerking. Tot welke hoek je kunt gaan zonder dat de kunststof uitzakt, is overigens ook afhankelijk van het type printer en van de instellingen van zowel de printer als de slicer.

Een compleet andere manier om digitale modellen te maken is met behulp van een parametrisch CAD-programma zoals het populaire OpenSCAD. Hiermee bouw je een model niet op door het op de computer te tekenen, maar door middel van eenvoudige instructies die de gewenste vormen binnen het CAD-systeem definiëren. Ook zijn er wiskundig georiënteerde programma’s zoals Mathematica, waarmee je STL-bestanden kunt maken.

Je kunt modellen ook opbouwen aan de hand van een serie foto’s of een videofilmpje. Zo kan het pakket 123D Catch van Autodesk een serie foto’s omtoveren in een 3D-model (zie hoofdstuk 6 voor meer informatie). Met dit pakket kun je tot veertig foto’s maken van een object, die omgezet worden in een 3D-model. 123D Catch is beschikbaar als pc-software, app voor de iPhone en iPad, en als webtoepassing. Autodesk heeft ook een toepassing met de naam 123D Make, die 3D-modellen opdeelt in plakken waarmee je het model in karton of papier kunt opbouwen.

Vaak is een bepaald model dat je wilt maken al eerder door iemand gemaakt en online gezet. De populairste website met zowel kant-en-klare modellen als complete projecten is Thingiverse (http://www.thingiverse.com). Hier vind je onder meer duizenden 3D-printbare oplossingen voor alledaagse handige voorwerpen, zoals telefoonhouders en opbergvakjes voor zilvergoed, maar ook cameraonderdelen, complete quadrocopters (inderdaad, de vliegende machines) en zelfs printbare 3D-printers. Je kunt het zo gek niet verzinnen of je vindt het op Thingiverse – of op zijn minst iets wat je kunt ombouwen of uitbreiden tot wat je wilt.

Slicen

Een slicer is een stuk software dat een STL-bestand omzet in een reeks opdrachten (meestal in zogenoemde G-code), die de printer vertellen waar de printkop naartoe moet worden bewogen en waar kunststof moet worden gedeponeerd. De slicer werkt nauw samen met de stuursoftware voor het desbetreffende type printer en is van het grootste belang voor een goed resultaat. Deze combinatie regelt uiteindelijk de snelheid van de printermotoren en daarmee hoeveel kunststof op een bepaalde plaats wordt gedeponeerd.

Het slicen is een essentiële stap bij 3D-printen. Het is zaak dat dit proces zorgt voor een optimale combinatie van kwaliteit, snelheid en hoeveelheid materiaal. De juiste instelling van de slicerparameters kan het verschil betekenen tussen een perfecte print en een hoop spaghetti.

De fixup

Bij de fixup (oftewel opschonen) wordt een STL-bestand onder meer gecontroleerd op fouten. Soms maken modelleerprogramma’s STL-bestanden die er goed uitzien, maar niet geprint kunnen worden door een verkeerde opbouw. Ook kan het model gedurende de fixup worden geroteerd en geschaald, en kunnen er meerdere kopieën van worden gemaakt die gelijktijdig geprint kunnen worden. Vaak zijn de slicer en de fixup (en soms ook het printerstuurprogramma) in één softwarepakket gecombineerd. Zo bieden Cura en Slic3r een slicer met beperkte fixupfuncties om verschillende STL-bestanden in één keer te kunnen roteren, schalen en afdrukken. Netfabb is een commercieel pakket met niet alleen uitgebreide mogelijkheden voor zogenoemde mesh-debugging en overige fixup, maar het biedt ook enkele eenvoudige layoutgereedschappen en een krachtige slicer. Zie ook de paragraaf ‘3D-scans opschonen en herstellen’ in hoofdstuk 6.

Vijf 3D-geprinte onderdelen voor mijn Ultimaker

Hier zie je vijf nieuwe 3D-geprinte onderdelen voor mijn Ultimaker: een nieuw aandrijftandwiel, de witte flens die het tandwiel op zijn plaats houdt, de klem die de bowdenkabel vastzet (het witte ding boven op de extruder), het oranje onderdeel links dat de extruder zelf op zijn plaats houdt en de spoelhouder voor het filament (niet zichtbaar).

Je eerste 3D-print

Nu je een beetje thuis bent in wat er allemaal komt kijken bij 3D-printen, en je je eerste 3D-printer hebt gebouwd of aangeschaft, is natuurlijk de vraag hoe je al die nuttige, leuke en mooie dingen maakt.

De eerste stap is vertrouwd te worden met je gereedschappen. We raden je aan te beginnen met het downloaden en printen van alle upgrades en reserveonderdelen van jouw printer, indien van toepassing. Zo heb ik voor mijn Ultimaker diverse onderdelen geprint (zie ook de kadertekst ‘Vijf 3D-geprinte onderdelen voor mijn Ultimaker’).

Hierna kun je leuke dingetjes via Thingiverse gaan opzoeken, downloaden en printen. Begin met simpele, niet te grote voorwerpen, bijvoorbeeld een houder voor de oortjes van je mobieltje, een flesopener of een eenvoudig figuurtje. Zoek vooral naar modellen die al door verschillende mensen geprint zijn, en waarvan ze ook foto’s hebben geplaatst. Zo weet je niet alleen zeker dat het model inderdaad printbaar is, maar heb je ook prima voorbeelden om jouw werkwijze en printsysteem (en dan met name de slicer) te optimaliseren.

Het klinkt misschien raar, maar iedere 3D-printer heeft een eigen geluid, waaraan je kunt horen of een 3D-print goed gaat of niet. Wanneer je deze ‘stem’ van je printer kent, kun je door te luisteren problemen herkennen voordat ze echt een Probleem (met een hoofdletter) worden. Zo hoor ik het zelfs een kamer verderop wanneer mijn Ultimaker het ergens moeilijk mee heeft.

Kijk vooral ook naar de opbouw van de verschillende 3D-modellen. De sleutel voor het maken van een goed 3D-model is herkennen hoe je het gewenste object maakt met simpele opdrachten: ‘teken hier een lijn en een curve’, ‘extrudeer dit oppervlak’, ‘vul die hoek’, ‘maak hier een gat’. Zoek op Thingiverse ook naar modellen die je zelf nog verder kunt bewerken. Dit geeft je oefenmateriaal om met de modelleersoftware te leren omgaan.

Het belangrijkste gewone stuk gereedschap dat je nodig hebt is een schuifmaat. Een digitale schuifmaat met een nauwkeurigheid van een tiende millimeter is al voor een paar tientjes te koop. Probeer als eerste een eenvoudig object te maken waarbij de maatvoering belangrijk is, bijvoorbeeld een haak die precies over een deur past. Zo leer je hoe je een voorwerp nauwkeurig opmeet en hoe het uit de printer komt.

Een bijzondere uitdaging is leren denken volgens de logica van een 3D-printer. Zoals al eerder is opgemerkt, kun je geen objecten printen met een overhang van minder dan 45 graden zonder een steunstructuur, omdat de kunststof anders uitzakt. Overigens lukken bruggen (dus rechte stukken kunststof over een opening heen) vaak wonderwel, zolang je er maar voor zorgt dat de eerste laag van een brug aan de binnenkant van een object terechtkomt en niet zichtbaar is.

Je kunt in de meeste slicers weliswaar een optie ‘steunmateriaal’ (‘support material’) inschakelen, maar dit kost een hoop extra kunststof. Dit is niet alleen zonde omdat je het toch weer weggooit, maar kost ook nog eens veel extra werk om na het printen te verwijderen. Een printer met twee extruders is wat dit betreft handiger: je kunt dan de ene extruder gebruiken om PLA of ABS te printen, terwijl je met de andere extruder de steunstructuren print in wateroplosbaar PVA. Je legt het object na het printen dan gewoon een nachtje in een emmer water om het steunmateriaal te verwijderen.

Dan is er de wanddikte van je objecten. Dunne wanden van één of twee laagjes filament geven vaak een elegante uitstraling, maar vertonen ook snel scheuren en gaten. Weten hoe ver je kunt gaan is hierbij een kwestie van ervaring.

De anatomie van een 3D-printer

Een 3D-printer bestaat uit een grote hoeveelheid bewegende en vaste onderdelen. We zullen de belangrijkste delen hier nader toelichten.

Het positioneersysteem

De hete printkop moet heel precies gepositioneerd kunnen worden binnen het printvolume (de ruimte waarbinnen een voorwerp geprint kan worden). De printkop hoeft echter niet het enige onderdeel te zijn dat beweegt; veel printers kunnen ook het printbed (de ondergrond) bewegen.

Er zijn momenteel drie typen printers te onderscheiden:

Het gantry-model

Hierbij beweegt de extruder in de x- en y-richting, terwijl het printbed alleen in de z-richting beweegt. Zowel de Ultimaker (figuur 1.1) als de MakerBot Replicator (figuur 1.2) zijn printers van het gantry-model. Bij de Replicator zijn de extruder en de printkop in één onderdeel geïntegreerd, terwijl bij de Ultimaker de printkop via een bowdenkabel is verbonden met een vaste extruder. De Replicator heeft hierdoor een eenvoudigere constructie, terwijl de Ultimaker met zijn veel lichtere printkop veel sneller kan werken, echter tegen de prijs van meer onderhoud.

Figuur 1.1: De Ultimaker

Figuur 1.2: De Replicator

Bewegend printbed (moving bed)

Bij een bewegendbedprinter wordt de printkop slechts in één horizontale richting (x of y) bewogen en neemt het printbed de andere horizontale richting voor zijn rekening. Meestal is het bij deze printers de printkop die in de z-richting beweegt. Dit is mechanisch eenvoudiger dan een printkop die zowel in x- als in y-richting moet kunnen bewegen. Het nadeel is uiteraard dat de printer het complete printbed inclusief werkstuk moet bewegen, wat niet al te snel kan gebeuren vanwege het gewicht en de kans op schade aan het werkstuk. De apparaten van Printrbot (figuur 1.3) zijn voorbeelden van bewegendbedprinters waarbij snelheid is opgeofferd voor een lagere prijs en minder onderhoud.

Deltabot

Industriële pick-and-placerobots werken vaak met dit principe, waarbij drie scharnierende armen samen de positie bepalen van een werktuigkop. Johann Rocholl heeft dit principe onlangs aangepast voor 3D-printen, en ontwierp de Rostock (zie figuur 1.4). Het lijkt wel een beetje op een buitenaards insect dat jouw favoriete model in de lucht ‘tekent’.

Rostock-printers hebben een bowdenkabel die de printkop en de extruder met elkaar verbindt, waardoor de printer met relatief eenvoudige mechanica snel en nauwkeurig kan werken. Een nadeel is de veel ingewikkeldere stuursoftware; de positionering van de printkop werkt niet meer met simpele lineaire stappen in de drie richtingen, maar vereist complexe goniometrische formules.

Figuur 1.3: Een Printrbot

Figuur 1.4: De Rostock

De mechanische componenten van een 3D-printer

Het printbed

Het printbed is de ondergrond waarop het werkstuk wordt opgebouwd tijdens het printen. Bij veel printers kan het printbed gedurende het printen verwarmd worden tot een temperatuur tussen 40 en 110 graden Celsius, zodat het werkstuk niet vervormt. De Printrbot (zie figuur 1.3) is een printer met een verwarmd bed. De Ultimaker (zie figuur 1.1) heeft een onverwarmd printbed, voorzien van schildersband waar het werkstuk aan vastplakt.

Let overigens op dat de binnenkant van een 3D-printer geen vingervriendelijke omgeving is – uit eigen ervaring hebben we gemerkt dat vingers gemakkelijk bekneld of verbrand raken!

De extruder

De extruder is niet het deel dat de kunststof print, maar een component die het kunststoffilament gedoseerd aan de eigenlijke printkop toevoert. De extruder kan al dan niet geïntegreerd zijn met de printkop. Bij een losstaande extruder wordt het filament via een holle, flexibele kabel (de zogenoemde bowdenkabel) naar de printkop geleid (figuur 1.5).

Met een dubbele extruder (zie figuur 1.6) kun je twee materialen of kleuren tegelijk printen. Deze handige mogelijkheid heeft natuurlijk wel een prijs, zowel in geld als in complexiteit en onderhoud. Je hebt dan natuurlijk ook een twee-de printkop en andere extra componenten nodig. Sommige printers zoals de Ultimaker kun je eenvoudig upgraden met een tweede extruder, andere niet.

Figuur 1.5: Een extruder met een bowdenkabel

Figuur 1.6: Een Replicator met een dubbele extruder

Figuur 1.7: De geïntegreerde printkop/extruder van een Printrbot

De printkop

De printkop (ook wel ‘hot-end’) genoemd, bestaat uit een verwarmingselement, een temperatuursensor en een extrusie-opening waar de gesmolten kunststof door naar buiten wordt geperst (zie figuur 1.7). Printkoppen zijn vaak van aluminium gemaakt.

De aansluiting tussen de printkop en de extruder (hetzij geïntegreerd, hetzij door middel van een bowdenkabel) steekt bij sommige printers erg nauw en kan bij een verkeerde instelling van de printer voor flink wat problemen zorgen.

De opening in de printkop varieert van 0,2 tot 0,8 millimeter. Hoe kleiner de opening, hoe nauwkeuriger je kunt printen, maar hoe langzamer ook het printen gaat.

Filament

De kunststofdraad waarmee je print wordt filament genoemd, en vormt het eigenlijke gebruiksmateriaal van een 3D-printer. Het filament is te vergelijken met de inkt van een inkjetprinter en wordt op een vergelijkbare manier naar buiten gespoten.

Filament kiezen

Er zijn diverse soorten kunststof die geschikt zijn voor 3D-printen door middel van gesmoltenpolymeerdepositie (MPD). Elk van deze soorten heeft zo zijn eigen voor- en nadelen; zelf gebruik ik uitsluitend PLA, dat relatief onschadelijk is voor gezondheid en milieu.

Niet alle printers zijn te gebruiken met alle soorten kunststof. Zo vereisen sommige materialen temperaturen tot 305 °C, wat lang niet alle printers aankunnen. Een printer die ontworpen is voor PLA/ABS met een maximumtemperatuur van 250 °C kan volkomen ongeschikt zijn voor hogere temperaturen.

De drie meest gangbare soorten kunststof voor 3D-printen zijn PLA, ABS en PVA. (In de hoofdstuk 8 en 9 lees je meer over de materiaalkeuze voor je printer).

ABS

ABS (de afkorting van acrylonitril-butadieenstyreen) is de goedkoopste soort kunststof en heeft een extrusietemperatuur tussen 215 en 250 graden Celsius. Een verwarmd printbed is bij deze kunststof aan te raden om vervorming te voorkomen. Printen met ABS geeft lichte, weinig irritante kunststofdampen die echter gevaarlijk kunnen zijn voor huisdieren en mensen die er gevoelig voor zijn. ABS is erg vriendelijk en veelzijdig materiaal, dat bijvoorbeeld geschuurd of glad gepolijst kan worden, of met aceton kan worden verlijmd.

PLA

PLA (polylactic acid oftewel polymelkzuur) is een biologisch afbreekbare kunststof die vaak van aardappelzetmeel wordt gemaakt. PLA-filament wordt standaard op een lagere temperatuur geëxtrudeerd dan ABS (160-220 °C) en vereist in principe geen verwarmd printbed; een printbed afgeplakt met schildersband werkt meestal goed. PLA ruikt bij verhitting een beetje naar zoete mais. PLA is minder flexibel dan ABS en kan tijdens het afkoelen iets vervor-men (wat overigens verholpen kan worden door toch een verwarmd printbed te gebruiken). Er is ook een flexibelere PLA-variant waarmee je zachte voorwerpen kunt printen, maar dit materiaal is wel lastiger in het gebruik.

PVA

PVA (polyvinylalcohol) is een speciale kunststof die eigenlijk alleen wordt gebruikt voor het printen van steunstructuren op printers met twee extruders. PVA wordt geëxtrudeerd bij 190 °C en is wateroplosbaar. Met de hulp van PVA kun je ingewikkelde structuren met veel overhangende delen printen. PVA is sterk waterabsorberend en daardoor meestal niet geschikt als materiaal voor het uiteindelijke product.

Andere materialen

De besproken printers zijn weliswaar bedoeld voor gebruik met kunststoffilament, maar kunnen vaak ook eenvoudig worden aangepast voor andere materialen. Een veel uitgevoerde modificatie is het installeren van een extruder in de vorm van een injectiespuit, voor materialen zoals chocola, suikerglazuur en verschillende soorten klei.

De volgende stap: wat ga je maken?

Zodra je een beetje handigheid krijgt in 3D-printen, gaat er een wereld van mogelijkheden voor je open. Zo heb ik allerlei originele cadeautjes ontworpen en geprint, en geniet ik nog steeds van de verbazing als ik zeg ‘Zelf ontworpen en geprint! Oh, wil je ’m ook nog in een andere kleur? Geen probleem! Zeg maar hoeveel je er wilt hebben!’ In de figuren 1.8 tot en met 1.11 zie je voorbeelden van de handige, mooie of soms ronduit onzinnige dingetjes die ik geprint heb.

Figuur 1.8: Een behuizing voor een Raspberry Pi (http://thingiverse.com/thing:25363)

Figuur 1.9: Scheidingsplaatje voor ladenkastje (http://thingiverse.com/thing:32614)

Figuur 1.10: Kweekbakjes voor kruiden (http://thingiverse.com/thing:32613)

Figuur 1.11: Behuizing voor een Teensygebaseerde IR-Blaster (http://thingiverse.com/thing:19315)