3D-printer: multitalenten van opleiding tot kunst

Inhoudsopgave

Technologie: wat is 3D-printen en hoe werkt het?
Voordelen ten opzichte van knutselen met de hand
Welke hard- en software is nodig?
Wat is de beste 3D-printer?
Tips voor de plaatsing

3D-printen is steeds meer in opmars. Enkele jaren geleden kostten dergelijke apparaten nog duizenden euro’s en waren ze eigenlijk alleen geschikt voor industrie en bedrijven. Vandaag de dag zijn er al 3D-printers van een paar honderd euro die ook voor particulieren interessant zijn. In onze special duiken we in de wereld van 3D-printers en laten we zien hoe deze technologie het beste tot zijn recht komt.

Het is nog niet zo lang geleden dat de fabricage van een product pas rendabel was als het in serie geproduceerd kon worden. Daarbij ging het vooral om kosten die het gevolg waren van productie van prototypen, omdat componenten en eventueel gereedschap tegen hoge kosten gemaakt moesten worden, om vervolgens niet meer te worden gebruikt.

Dat is dankzij de zegetocht van de 3D-printer veranderd: vandaag de dag is alleen nog een driedimensionaal computermodel benodigd om een object eenvoudig en tegen geringe kosten te produceren.

Wat begon in industriële bedrijven en vooral diende voor het vervaardigen van prototypen, heeft inmiddels ook zijn intrede gedaan op scholen en in huis.

Wat is 3D-printen en hoe werkt het?

Hoewel het idee van het afdrukken in 3D nog heel recent lijkt: de techniek bestaat al veel langer. In werkelijkheid is het eerste patent op 3D-printen al in 1984 aangevraagd.

Vandaag de dag worden professionele 3D-printers al op vele gebieden ingezet. Autofabrikanten gebruiken ze om afzonderlijke componenten voor hun voertuigen samen te stellen. Er wordt een 3D-printer gebruikt bij de bouw van de kathedraal Sagrada Familia in Barcelona. Bij SpaceX, het bedrijf van de Amerikaanse knutselaar en Tesla-oprichter Elon Musk, worden zeer kleine raketaandrijvingen gemaakt met een 3D-printer.

3D-printers voor particulier gebruik werken op basis van de FDM-techniek (Fused Deposition Modelling).

Hierbij wordt gesmolten kunststof laag voor laag aangebracht. Vaak wordt hiervoor polylactide, afgekort PLA, gebruikt.

Deze op melkzuren gebaseerde kunststoffen zijn biocompatibel. Voor levende wezens is direct contact onschadelijk. Dat betekent niet dat ze mogen worden ingeslikt, want hoewel ze niet giftig zijn, heeft ook PLA-kunststof niets te zoeken in het menselijk lichaam.

Bovendien moeten polylactiden biologisch worden afgebroken, weliswaar in industriële compostinstallaties, niet in de vrije natuur.

Polylactiden worden, omdat er geen bezwaren aan kleven, in de industrie gebruikt voor het produceren van strohalmen en theezakjes.

Ook printers voor thuisgebruik beschikken over een uitgebreid spectrum aan gebruiksmogelijkheden. De printers maken het voor hobbyisten mogelijk speciale componenten samen te stellen, van schroefmoer tot deuvel. Creatievelingen kunnen met behulp van deze printer modieuze sieraden maken en fans van modelbouw de carrosserie van zeldzame voertuigen. Gebruik bijvoorbeeld de da Vinci Mini w.

Met behulp van een 3D-printer is het even eenvoudig om het dekseltje van het batterijvak van de afstandsbediening te vervangen als een lensdop. Een eigen collectie schaakstukken maken is dankzij een 3D-printer ook geen probleem. Wat er mogelijk is met een commerciële 3D-printer, is te zien op de websites Shapeking en Thingiverse. De modellen die daar worden weergegeven, zijn ook beschikbaar als afdrukbaar bestand en kunnen derhalve thuis worden gemaakt.

Ook voor gebruik op school zijn 3D-printers interessant. Scholieren kunnen driedimensionale functies uit de wiskunde, molecuulstructuren uit de scheikunde of meerdimensionale modellen uit de astrofysica zo zelf maken, zodat ze deze met eigen ogen kunnen bekijken en niet als tweedimensionale afbeelding in een lesboek.

Ook in het kunstonderwijs kunnen 3D-printers worden gebruikt, bijvoorbeeld tijdens het behandelen van de thema’s architectuur, design of plastische vormgeving.

Veelzijdiger en eenvoudiger dan handwerk

Een schaakstuk kan natuurlijk ook met de hand worden gemaakt. Toch worden de voordelen van een 3D-printer hier zeer duidelijk: het zagen, schuren en vijlen van een afzonderlijk figuur is duidelijk meer werk dan een 3D-afdruk.

En bovendien zijn er voor een volledige set 16 pionnen nodig. Dat betekent dus dat er 16 identieke figuren met de hand gemaakt moeten worden. Met de 3D-printer is dit één proces dat 16 keer wordt uitgevoerd.

Daar komt nog bij dat de productie via het printproces duidelijk voordeliger is en meer tijd bespaart.

3D-printen: wat is er nodig?

Om een 3D-printer te gebruiken, is naast de printer zelf ook een computer en printsoftware nodig.

Afhankelijk van de gebruikte printer en het besturingssysteem van de computer moeten bovendien ook stuurprogramma’s worden geïnstalleerd. Het opbouwen en aansluiten van de meeste 3D-printers is eenvoudig. Meestal worden ze via USB op de computer aangesloten. Bovendien kunnen veel apparaten worden verbonden via WLAN.

De printsoftware wordt ook wel ‘slicing’-software genoemd. De software verwerkt de bij de 3D-print gebruikte STL-bestanden en snijdt het model als het ware in flinterdunne schijven die dan door de printer op elkaar worden gestapeld. Eventueel voegt de software noodzakelijke ondersteunende onderdelen aan het af te drukken object toe.

Bij sommige fabrikanten, zoals Makerbot, wordt deze software direct meegeleverd of kan deze gratis worden gedownload via hun website.

Een andere mogelijkheid is de gratis ‘open source’-software Slic3er voor Windows, Mac OS en Linux.

Degenen die niet alleen kant-en-klare STL-bestanden willen printen, maar ook zelf objecten willen ontwerpen, hebben ook een CAD-programma nodig. CAD staat voor ‘Computer-Aided Design’: het ontwerpen van driedimensionale objecten met behulp van een pc.

CAD-programma’s die het STL-formaat ondersteunen, zijn bijvoorbeeld FreeCAD voor Windows, Mac OS en Ubuntu Linux of het bij Windows 10 inbegrepen 3D Builder.

Wat is de beste 3D-printer?

De verschillen tussen de diverse modellen zijn nog altijd aanzienlijk, niet alleen qua prijs, maar ook wat mogelijke toepassingsgebieden betreft.

De afmeting van de printer bepaalt bijvoorbeeld ook de maximale afmetingen van het te printen object.

Ook de dikte van de lagen is belangrijk bij het printen: een printer met een zeer geringe laagdikte heeft meer tijd nodig voor het printen, maar kan daardoor ook bijzonder nauwkeurig printen.

Een goede printer voor beginners is de CR3D ENDER3V3SE: met het handzame apparaat kunnen voorwerpen worden gemaakt met een maximale afmeting van 15 x 15 x 15 centimeter.

Ondanks de lage prijs is de printkwaliteit gelijkwaardig aan andere, deels duidelijk duurdere printers. De variabele laagdikte tussen 0,1 en 0,4 millimeter is een goed compromis tussen hoge resolutie en printsnelheid.

De meegeleverde software XYZmaker voor Windows en Mac is eenvoudig te bedienen, zodat de da Vinci miniMaker ook een geschikte 3D-printer is voor scholieren en scholen.

Grotere objecten tot een afmeting van 20 x 20 x 20 centimeter kunnen worden gemaakt met de da Vinci 1.0PRO. Voor de prijs van EUR 699 biedt deze printer ook een afgesloten printvak, wat het geluid dat de printer maakt tijdens het printen ook positief beïnvloedt.

De geïntegreerde WLAN-interface zorgt ervoor dat de printer bijna overal kan worden geplaatst en gebruikt. De meegeleverde software XYZware pro biedt zeer veel instellingsmogelijkheden die anders alleen voorkomen bij professionele toepassingen.

Dankzij de compacte afmetingen is de Ultimaker 2 Go de ideale 3D-printer om mee te nemen. Met een laagdikte van slechts 0,02 millimeter kunnen objecten met een maximale afmeting van 12 x 12 x 11,5 centimeter zeer precies worden geprint.

Omdat de printer zonder printbed wordt geleverd, kan deze na transport direct worden gebruikt. Er kan draadloos verbinding worden gemaakt via WLAN. De printer wordt geleverd met eigen printersoftware en kan worden gebruikt op Windows, Mac OS en Linux.

Grotere objecten tot een afmeting van 295 x 195 x 165 millimeter kunnen worden gemaakt met de Makerbot Replicator+. Het maken van artefacten van deze afmeting kan onder omstandigheden veel tijd in beslag nemen, waardoor het proces dankzij de geïntegreerde camera ook op afstand kan worden gevolgd.

Met een WLAN- en ethernetverbinding is de printer ook geschikt om in een netwerkomgeving te gebruiken. Met name bedrijven kunnen zo beschikken over een professionele 3D-printer voor het produceren van ook grotere componenten.

Waar moet de 3D-printer worden geplaatst?

Voor het plaatsen van de 3D-printer moet met enkele zaken rekening worden gehouden. Bij het printen van artefacten komt geluid vrij en het proces heeft tijd nodig. Ook komen er tijdens het printen ultrafijne deeltjes vrij.

Bij het 3D-printen met de biokunststof PLA komt vooral het ongevaarlijke melkzuur-di-ester-lactide vrij als deeltje in de lucht. Toch verdient het de voorkeur een 3D-printer te plaatsen op een goed geventileerde locatie, idealiter in een hobbyruimte of bij een open raam.

Als dat niet mogelijk is, volstaat een werk- of logeerkamer ook. Omdat er tijdens het printen met de 3D-printer geluid vrijkomt en het printen, afhankelijk van wat er wordt geprint, meerdere uren in beslag kan nemen, is de woonkamer eigenlijk niet geschikt om de printer te plaatsen.

Een 3D-printer met WLAN is in dat geval ook flexibeler dan een printer die via USB wordt aangesloten.