3D-ontwerp en 3D-printen

Dat ingenieur een speciaal en geweldig beroep is, behoeft geen verdere uitleg. Alle voorwerpen om ons heen zijn ooit ontwikkeld door een ingenieur. Jarenlang produceerden we allemaal voornamelijk met de bekende technieken zoals frezen of spuitgieten. Inmiddels heeft de 3D printer zijn intrede gedaan in de maakindustrie en ook dit vraagt om een verandering in ontwikkeling: ontwerpen voor een 3D print vraagt om een nieuwe manier van denken.

Bij traditionele technieken begint de ontwikkeling meestal met een stuk materiaal waaruit onderdelen worden verwijderd totdat het gewenste product is bereikt. Bij 3D printen begint de ontwikkeling met een lege ruimte. Deze lege ruimte is het nieuwe startpunt van de ingenieur, aangezien het 3D-model wordt opgebouwd uit lagen. Wat betekent dit voor het ontwerp- en printproces?

Allereerst hebben we een 3D-tekening nodig van het product of onderdeel. Er zijn verschillende 3D CAD softwarepakketten beschikbaar om het 3D ontwerp te maken, zoals SOLIDWORKS. Je kunt relatief snel eenvoudige modellen leren tekenen, er zijn verschillende trainingen beschikbaar die je de basis leren.

Als de 3D-tekening klaar is, moet deze worden omgezet in een afdrukbaar 3D-bestand: een zogenaamd .STL-bestand. Verschillende softwarepakketten, zoals Simplify3D, zetten 3D tekeningen om in een op lagen gebaseerd model. In principe hoef je hier niets aan te doen, maar het is natuurlijk wel mogelijk om wat instellingen aan te passen om het aan te passen aan -bijvoorbeeld- het materiaal (filament) dat je gaat gebruiken.

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

Het gebeurt soms dat modellen naar een andere grootte worden geschaald. Bij het verkleinen kan het gebeuren dat de wanden te dun worden om geprint te worden. De meeste 3D printers hebben een vaste nozzle (printerkop) met een diameter van 0,4mm. Hoewel dit voor de meeste modellen prima werkt,
kunnen er problemen ontstaan als er lagen geprint moeten worden die kleiner zijn dan de grootte van de spuitmond. Wanneer een wand van 0,2mm geprint moet worden met een 0,4mm nozzle, zal deze dunne wand niet getoond worden in het Simplify3D voorbeeld en niet geprint worden. Lees meer over het printen van dunwandige producten.

Tip: schaal altijd in het CAD programma (in plaats van de slicing software) voor het beste resultaat.

Supportmaterialen zoals PVA of PVA+ worden vaak gebruikt bij 3D printen. Deze filamenten zijn oplosbaar en maken het mogelijk om holle of andere complexe vormen te printen. De hoek waarin een 3D printer zonder supportmaterialen kan werken is 45 graden. Elke lagere hoek, dus van 0 tot 44 graden, moet worden ondersteund. Ook bij het printen van bijvoorbeeld schroefdraad is supportmateriaal nodig. Lees meer over printen met supportmaterialen.

Complete assemblages kunnen in één keer 3D geprint worden, mits het printerbed er groot genoeg voor is. Om een complete assemblage te printen, is het belangrijk dat de complete assemblage wordt opgeslagen als één .STL-bestand.

Een 3D printer kan gemakkelijk bruggen tot 5 mm printen. Voor bruggen van 5 tot 15 mm zijn enkele aanpassingen in de slicing software nodig. Het grote voordeel van printen met plastic filamenten is dat het na afkoelen strakker wordt, omdat het materiaal een beetje krimpt.

Bij het printen van twee onderdelen die op elkaar moeten passen, zoals een bout/moer constructie, moet je rekening houden met het krimpen van het materiaal. Meestal is het voldoende om een tolerantie van ±0,1 mm te gebruiken, maar dit kan per model verschillen.