Hoe 3D-printers van hars werken ─ Een uitgebreide gids

Als je een liefhebber van 3D-printen bent en geïnteresseerd bent in de basisprincipes en biochemie van 3D-printen, dan is dit bericht iets voor jou. We duiken in de innerlijke werking van 3D-printers van hars, het geavanceerde proces dat wordt gebruikt om complexe, gedetailleerde prototypen en modellen te maken met laag-voor-laag precisie. We onderzoeken waarom deze vorm van 3D-printen aan populariteit wint bij liefhebbers van 3D-printen, bekijken hoe het proces werkt en behandelen wat je nodig hebt om in de wilde wereld van 3D-printen met hars te springen. Dus lees verder en breek door het oppervlak van 3D-printen!

Harsprinten, ook wel "stereolithografie" genoemd, is een soort 3D-printen dat wordt gedaan met vloeibare harsen. Deze hars wordt door middel van een gecontroleerde laserstraal uitgehard tot vaste vormen, laag voor laag totdat alle lagen die nodig zijn voor de uiteindelijke vorm zijn gecreëerd. Het biedt niet alleen prints met een hoge resolutie en uitstekende details, maar zorgt ook voor gladde oppervlakken en een hoge structurele integriteit. Hoewel dit type printen toegankelijker is dan ooit tevoren met de beschikbaarheid van desktop-harsprinters, hebben de voordelen van 3D-printen met hars een prijs. Namelijk dat de milieuonvriendelijke materialen en processen die betrokken zijn bij het produceren van bepaalde soorten prints zowel tijdrovend als duur kunnen zijn.

Lees over de beste draadloze printer.

Het debat rond het gebruik van 3D-printers van hars draait vaak om duurzame praktijken en of ze al dan niet een geschikte productiemethode zijn voor items die herbruikbaar of geüpcycled kunnen worden. Aan de ene kant beweren sommigen dat deze vorm van 3D-printen snellere en nauwkeuriger gedetailleerde onderdelen mogelijk maakt dan veel andere vormen van fabricage. Aan de andere kant blijven traditionele methoden zoals spuitgieten efficiënter wat betreft materiaalgebruik en totale afvalproductie.

Uiteindelijk moet elke situatie worden beoordeeld op basis van zijn individuele verdiensten, rekening houdend met het gewenste resultaat en de uiteindelijke gebruikte materialen. Het is belangrijk dat alle vormen van productie op verantwoorde wijze worden uitgevoerd, terwijl er toch ruimte blijft voor creativiteit en innovatie binnen computationele ontwerptechnologieën zoals harsprinten. Dat gezegd hebbende, is het nu tijd om verder te gaan en te onderzoeken hoe deze geweldige printers precies werken.

Hoe werkt een harsprinter?

Resin 3D printen werkt heel anders dan traditioneel Fused Deposition Modeling (FDM-)printers. In plaats van heet plastic filament door een verwarmd mondstuk te duwen en het laag voor laag te extruderen, gebruiken harsprinters ultraviolet (UV) licht voor elke laag vanuit een vat gevuld met fotopolymeervloeistof. Dit proces wordt vaak stereolithografie (SLA) of Digital Light Processing (DLP) genoemd.

Met name de ultraviolette lichtbron van de printer schijnt op het vat met hars dat in het frame of de lade wordt vastgehouden. Een beweegbare spiegel projecteert het licht op de juiste plek op de bodem van de tank. Waar het ook raakt, het wordt gestold. Tegelijkertijd beweegt een zuiger of een ander mechanisme het platform op en neer terwijl nieuwe lagen worden gestold. Om de uitharding te helpen verbeteren, hebben veel 3D-printers van hars nu ook optionele extra UV-lampen die van buitenaf schijnen op onderdelen die zich in de tank ontwikkelen.

Het verschil tussen FDM en 3D-printen met hars betekent dat uiteindelijke objecten die met harsmaterialen zijn geproduceerd, een oppervlakteafwerking van hogere kwaliteit zullen hebben in vergelijking met hun FDM-tegenhangers - met dunnere wanden en meer delicate kenmerken. Het nadeel is dat ze meer tijd nodig hebben om af te drukken in vergelijking met FDM-printers vanwege hun langzamere uithardingstijden tussen de lagen; afhankelijk van de toepassing en de gewenste kwaliteit kan deze extra tijd echter de moeite waard zijn voor - of zelfs essentieel voor - bepaalde projecten.

Als u begrijpt hoe hars 3D-printers werken, kunt u beslissen of deze technologie geschikt is voor de behoeften van uw project. Bepaal vervolgens welk type systeem u nodig heeft en welke andere instellingen u moet leren voordat u uw kennis in de praktijk toepast. Met dat in gedachten is het tijd om te kijken naar de diepere principes achter wat een laag-voor-laag printproces mogelijk maakt.

Laag-voor-laag afdrukproces

Laag-voor-laag printen is een van de belangrijkste aspecten van 3D-printen met hars en vereist diepgaande kennis van het printproces om goede resultaten te produceren. Wanneer een harsprinter begint te werken, begint deze met het deponeren van fotopolymeerhars op een bouwplatform of -bak door het in ultradunne lagen neer te leggen. De lagen variëren van 0.05 mm tot 0.2 mm dik, afhankelijk van de complexiteit van het te printen model. Terwijl elke laag wordt neergelegd, zal een UV-lichtbron over het oppervlak gaan om de hars in de gewenste vorm te laten stollen.

Laag-voor-laag printen heeft veel voordelen ten opzichte van traditionele 3D-printmethoden vanwege de grotere nauwkeurigheid die wordt bereikt door het gebruik van ultradunne lagen en deze uit te harden met UV-licht, wat zeer nauwkeurige resoluties in fijne details kan opleveren. Dit leidt tot gladdere oppervlakken en minder zichtbare laaglijnen in vergelijking met andere methoden, zoals Powder-bed of Fused Deposition Modeling (FDM).

Bovendien kan deze manier van printen ook veel gemakkelijker gebogen vormen produceren dan traditionele 3D-printmethoden, waardoor objecten worden gemaakt die voorheen niet mogelijk waren met andere methoden. Aan de andere kant zijn enkele nadelen van deze harsafdrukmethode dat het meer arbeidsintensieve nabewerking vereist, zoals wassen en uitharden, wat tijd kost en resulteert in hogere productiekosten dan andere 3D-printers. Bovendien is laag-voor-laag printen, vanwege de afhankelijkheid van bronnen van ultraviolet licht, beperkt tot slechts bepaalde soorten materialen, waaronder fotopolymeerharsen, wat het potentiële gebruik ervan kan beperken in vergelijking met andere printers die een grotere verscheidenheid aan materialen kunnen gebruiken.

Vanwege deze voor- en nadelen is het belangrijk voor personen die hars 3D-printers overwegen om hun opties zorgvuldig af te wegen en te bepalen of deze methode geschikt is voor hun project en toepassing voordat ze erin investeren. Met deze kennis zullen we in onze volgende sectie kijken naar enkele materialen die veel worden gebruikt bij 3D-printen met hars en hun voor- en nadelen in meer detail bespreken.

1. Resin 3D-printen maakt meestal gebruik van UV-licht-uithardbare fotopolymeerharsen om een ​​driedimensionaal object te construeren.
2. Volgens het American Institute of Physics, SLA of stereolithografie is het meest populaire type hars 3D-printen en kan objecten met verschillende materiaaleigenschappen printen.
3. Uit een in 2020 gepubliceerde studie bleek dat de exacte temperatuur waarbij fotopolymeerharsen uitharden van materiaal tot materiaal verschilt, maar over het algemeen variëren de uithardingstemperaturen van kamertemperatuur voor sommige materialen tot 250˚C voor andere.

Materialen die worden gebruikt bij het afdrukken met hars

De materialen die worden gebruikt bij 3D-printen met hars zijn vaak samengesteld uit fotopolymeerharsen die lichtgevoelige moleculen bevatten. Tijdens het laag-voor-laag drukproces wordt vloeibare fotopolymeerhars blootgesteld aan een ultraviolette (UV) lichtbron. Dit UV-licht zorgt ervoor dat de hars uithardt tot een vaste vorm. Door de intensiteit en duur van het UV-licht te variëren, kunnen verschillende materiaaleigenschappen worden bereikt. De harsen die gewoonlijk worden gebruikt bij 3D-printen variëren sterk in hardheid, flexibiliteit, thermische stabiliteiten weerstand tegen chemicaliën en vloeistoffen.

Voorstanders van traditionele metalen of plastic materialen beweren dat ze door hun langere houdbaarheid kosteneffectiever zijn dan de fotopolymeerharsen die worden gebruikt bij 3D-printen met hars. Degenen die voorstander zijn van het gebruik van fotopolymeerharsen wijzen er echter op dat het scala aan unieke eigenschappen van deze materialen ze ideaal maakt voor gespecialiseerde toepassingen zoals tandheelkundige implantaten, sieradenvormen en prototypeonderdelen voor consumentenproducten. Bovendien zijn deze materialen licht van gewicht en gemakkelijk te verwerken. Ze harden uit wanneer ze worden blootgesteld aan UV-licht in plaats van warmte, wat het energieverbruik tijdens de productie aanzienlijk vermindert.

Ongeacht iemands mening over de voor- of nadelen van verschillende 3D-printmaterialen, het is duidelijk dat het huidige onderzoek leidt tot veel nieuwe ontwikkelingen in zowel technologieën als materiaalkeuze. Naarmate innovaties zich blijven voordoen, zullen de mogelijkheden voor 3D-geprinte producten alleen maar groter worden. Met steeds grotere precisie en nauwkeurigheid in verschillende categorieën producten en componenten, hebben ontwerpers nu toegang tot een ongekend niveau van aanpassingsmogelijkheden als het gaat om het maken van objecten met 3D-printers. In de toekomst begrijpen hoe onze keuzes met betrekking tot soorten hars de prestaties beïnvloeden, zal van cruciaal belang zijn voor ingenieurs die deze complexe prototypen en eindproducten ontwerpen.

Soorten hars

Na het bespreken van de materialen die worden gebruikt bij het printen met hars, is het nu tijd om onze aandacht te richten op de verschillende beschikbare soorten hars. Over het algemeen zijn er twee hoofdcategorieën hars: thermohardend en thermoplastisch. Binnen deze twee categorieën bestaat er een verscheidenheid aan gespecialiseerde harsen voor 3D-printen, van flexibele materialen tot gietbare harsen voor hoge temperaturen en tandharsen.

Thermohardende harssystemen beginnen als vloeistoffen, maar harden uiteindelijk uit na uitharding met warmte of UV-licht tot een vaste vorm. Eenmaal uitgehard, kunnen deze harsen niet opnieuw worden verzacht of hervormd. Thermoplastische harsen bieden een veel buigzamere optie omdat ze niet hoeven te worden uitgehard en ze meerdere keren kunnen worden opgewarmd en hervormd.

Elk type hars heeft zijn eigen voor- en nadelen. Realistisch gezien zult u dus alleen door ervaring te weten komen welke hars het meest compatibel is met uw printer en de toepassing waarvoor u deze nodig heeft. Desalniettemin zijn sommige categorieën die vaak worden gebruikt door liefhebbers van 3D-printen polyurethaan (PU), harsen op epoxybasis, polyamide en polyester. Op siliconen gebaseerde harsen worden ook steeds populairder onder degenen die zeer gedetailleerde onderdelen met ingewikkelde ontwerpen willen printen. Het maakt niet uit welk type hars het beste is voor uw project, het is belangrijk dat u de eigenschappen van elk materiaal bestudeert om er het maximale uit te halen. Nu we de verschillende soorten harsen hebben besproken die beschikbaar zijn voor 3D-printen, gaan we kijken naar de verschillende soorten printers op de markt die ze gebruiken.

De verschillende soorten harsprinters

Als het gaat om 3D-printers van hars, zijn er tal van opties om uit te kiezen. Elk type printer heeft zijn eigen ontwerp en reeks functies die hem uniek maken in vergelijking met de andere. Traditionele SLA-printers gebruiken UV-licht om een ​​laag vloeibare hars snel uit te harden, terwijl DLP-printers meestal een projector gebruiken om een ​​dikkere laag in één keer uit te harden. Multi-Jet Imaging (MJI) printers gebruiken een reeks projectoren om complexe objecten met extreem hoge resolutie te creëren.

Aangezien elk type printer verschillende voor- en nadelen kan bieden, is het belangrijk om te evalueren welke het meest geschikt is voor specifieke projecten of toepassingen. SLA-printers zijn meestal kleiner en goedkoper dan hun tegenhangers, waardoor ze de perfecte keuze zijn voor hobbyisten en casual gebruikers die geen ingewikkelde detaillering of bulkproductie nodig hebben. Ze creëren ook prints met minder zichtbare afwerkingslijnen en meer gedetailleerde oppervlakken.

Aan de andere kant zijn DLP- en MJI-printers duurder, maar kunnen ze nauwkeuriger en gedetailleerder afdrukken, evenals grotere volumes. Ze hebben ook aanzienlijk snellere afdruktijden in vergelijking met SLA-systemen.

Over het algemeen is er geen one-size-fits-all als het gaat om 3D-printen met hars. In plaats daarvan moet van geval tot geval worden bepaald welke machine het meest geschikt is voor een bepaalde toepassing. Door vertrouwd te raken met de sterke en zwakke punten van elk type printer, kunnen gebruikers een weloverwogen beslissing nemen over welke printer de beste resultaten zal opleveren voor hun behoeften. Met deze kennis in de hand zullen ze uitgerust zijn om het meeste uit hun gekozen tool te halen en met gemak verbluffende 3D-prints te maken.

Hoe complex of eenvoudig een 3D-project ook is, inzicht in hoe computergestuurde machines omgaan met materialen kan helpen om printprojecten naar een hoger niveau te tillen. Het is duidelijk dat wetenschap, technologie en kunst een krachtige combinatie vormen wanneer ze samen worden gebruikt - en met de juiste aanpak - kunnen in een mum van tijd ongelooflijke creaties worden gemaakt!

Computergestuurde machines en materiaalcombinaties

De verschillende soorten 3D-printers van hars delen over het algemeen dezelfde basiscomponenten en processen. Een groot verschil tussen hen is echter hun niveau van verfijning. Sommige zijn eenvoudige systemen met één materiaal, terwijl andere een breder scala aan beschikbare technologieën en materialen hebben. Computergestuurde machines bieden meer variatie in printkwaliteit en materiaalcombinaties.

Computergestuurde machines zijn uitgerust met motoren en sensoren die temperaturen, snelheden, posities en andere factoren nauwkeuriger meten dan handmatige machines. Hierdoor kunnen ze modellen met een hogere resolutie genereren met een grotere dimensionale nauwkeurigheid. Bovendien zorgen geavanceerde spanningsmonitoren voor een uniforme lichtblootstelling voor snellere uitvoer met gladdere oppervlakken. Bovendien kunnen sommige computergestuurde systemen zelfs een groot aantal verschillende materiaalcombinaties ondersteunen, van polymeren tot keramiek.

Met meer controle over het afdrukproces kunnen deze complexere machines ook een hogere snelheid bieden door tijdens het afdrukproces automatisch over te schakelen tussen verschillende scan- en belichtingsniveaus in vergelijking met handmatige systemen waarbij een operator elke stap van het proces moet uitvoeren. Dit zorgt voor een snellere doorvoer en kortere doorlooptijden voor grotere productievolumes, iets wat traditionele massaproductieprocessen vaak niet kunnen bereiken.

Als het gaat om industrieel gebruik, bieden computergestuurde hars 3D-printers een ongeëvenaarde veelzijdigheid als het gaat om materiaaloptimalisatie en kosteneffectiviteit. Door een betere controle over de omgeving te hebben en materialen vooraf in de printer te kunnen laden voordat een taak wordt gestart, ontstaan ​​nieuwe toepassingen die voorheen onmogelijk of te traag waren om te realiseren op conventionele productieapparatuur.

Computergestuurde hars 3D-printers bieden grote voordelen in termen van zowel snelheid als kwaliteit in vergelijking met hun handmatige tegenhangers. Naarmate de technologische vooruitgang hun mogelijkheden blijft vergroten, worden deze machines steeds populairder voor commercieel gebruik, variërend van mode tot medische toepassingen. Deze trend zal zich voortzetten naarmate gebruikers op zoek gaan naar manieren om kosten te besparen en tegelijkertijd een hoog niveau van nauwkeurigheid en detail op hun afdrukken te bereiken. Laten we, met dit alles in gedachten, eens kijken naar enkele voordelen die 3D-printen met hars kan bieden aan gebruikers die geïnteresseerd zijn in het profiteren van deze nieuwe technologie.

Voordelen van het gebruik van harsprinters

De voordelen van het gebruik van hars 3D-printers voor verschillende toepassingen zijn talrijk. Van rapid prototyping tot decoraties, deze technologie heeft een revolutie teweeggebracht in de manier waarop bedrijven en particulieren onderdelen, producten en decoraties maken.

Een van de belangrijkste voordelen van 3D-printen met hars is de mogelijkheid om snel en met minimale verspilling gedetailleerde objecten te maken. In tegenstelling tot andere 3D-printtechnologieën waarbij lagen langzaam moeten worden opgebouwd, kan 3D-printen met hars vrijwel onmiddellijk zeer ingewikkelde objecten produceren zonder dat er ondersteunende structuren nodig zijn. Dit niveau van ingewikkelde details is ideaal voor het maken van sieraden of tandheelkundige implantaten, die veel fijne eigenschappen hebben die precisie bij de fabricage vereisen. Het gebrek aan ondersteuning vermindert ook de tijd die nodig is om een ​​project te voltooien en maakt het mogelijk om complexe vormen te produceren zonder extra stappen of nabewerking.

Een ander voordeel van het gebruik van hars 3D-printers is hun veelzijdigheid in termen van beschikbare materiaalsoorten. Resin 3D-printers kunnen in verschillende materialen printen, zoals ABS, nylon, PETG, SLA/fotopolymeren, PEEK/polyetheretherketon, en zelfs met koolstofvezel gevulde harsen. Elk type materiaal biedt unieke eigenschappen voor verschillende toepassingen en kan de beste oplossing bieden voor specifieke projecten. ABS biedt bijvoorbeeld sterkte en hittebestendigheid, terwijl andere materialen flexibiliteit of transparantie kunnen bieden.

Bovendien hebben 3D-printers van hars lage operationele kosten in vergelijking met andere additive manufacturing-technologieën. Dit maakt ze een aantrekkelijke optie voor bedrijven of particulieren met een beperkt budget, aangezien ze slechts minimale kapitaalinvesteringen vereisen, evenals doorlopende onderhoudskosten die lager zijn dan die van andere 3D-printtechnologieën. Bovendien worden de kosten van materialen zoals fotopolymeren, dankzij steeds groter wordend onderzoek naar en ontwikkeling van nieuwe harsen, steeds betaalbaarder.

Ten slotte zullen sommige gebruikers het feit waarderen dat 3D-printen met hars relatief weinig geluid produceert in vergelijking met andere soorten additive manufacturing-apparatuur, zoals FFF-printers (Fused Filament Fabrication). FFF-machines worden doorgaans gezien als meer verstoringen met hun luide mechanische bewegingen en hogere stroomvereisten. Dit kan dus gunstig zijn in kantooromgevingen waar meerdere mensen tegelijk aanwezig zijn of wanneer u op vaste tijden thuis werkt, waar geluidsoverlast een probleem kan zijn voor anderen die in de buurt wonen.

Samenvattend zijn er veel voordelen verbonden aan het gebruik van 3D-printers van hars, waaronder een snelle aanmaaktijd met nauwkeurige details; veelzijdigheid in beschikbare materiaalsoorten; lage operationele kosten; en lage geluidsniveaus in vergelijking met andere soorten additive manufacturing-apparatuur.

Veelgestelde vragen uitgelegd

Wat is het proces voor het maken van een 3D-afdruk met een harsprinter?

Het maken van een 3D-afdruk met een harsprinter omvat verschillende belangrijke stappen. Eerst wordt een model gemaakt in 3D-modelleringssoftware zoals CAD (Computer Aided Design) of 3D-beeldhouwsoftware. Het model wordt vervolgens in lagen gesneden en vertaald in instructies die de harsprinter begrijpt. De instructies worden naar de printer gestuurd, die vervolgens het object laag voor laag opbouwt volgens de gegeven instructies.

De hars die wordt gebruikt bij 3D-printen met hars moet tijdens elk laagopbouwproces met licht worden uitgehard. Door dit uithardingsproces hardt de vloeibare hars uit zodat er een volgende laag bovenop kan ontstaan. Nadat elke laag is uitgehard, zakt het bouwplatform en neemt de hoogte van het geprinte object toe totdat het voltooid is.

Op dit punt, als het object eenmaal is afgedrukt, is meestal wat nabewerking nodig, zoals het verwijderen van extra ondersteunend materiaal en het gladstrijken van eventuele onvolkomenheden. Zodra deze taken zijn voltooid, kunt u genieten van uw nieuw geprinte 3D-object!

Wat zijn de belangrijkste componenten van een 3D-printer van hars?

De belangrijkste componenten van een 3D-printer van hars zijn een printplatform, een bouwplatform, een lichtbron, printsoftware en een vat gevuld met vloeibaar fotopolymeer. Het printplatform houdt het 3D-object dat wordt geprint op zijn plaats en bestaat meestal uit het bouwplatform en een laag film of plastic. Het bouwplatform is een plat oppervlak waarop in de loop van de tijd lagen van het 3D-object worden afgedrukt. Het is meestal gemaakt van roestvrij staal bedekt met FEP-film (gefluoreerd ethyleenpropyleen) of een vel PEI (polyetherimide).

De lichtbron hardt de hars uit, waardoor deze tijdens het printen kan stollen. Alle hars 3D-printers gebruiken een vorm van LED-technologie om UV-licht op het printoppervlak te projecteren, waardoor de hars in de gewenste vorm polymeriseert.

Ten slotte is het hebben van de juiste software de sleutel tot goede afdrukken met elke 3D-printer. Voor hars 3D-printers zijn er verschillende software-opties beschikbaar waarmee u tijdens het afdrukproces instellingen zoals laagtijd en belichting kunt regelen. Door deze instellingen nauwkeurig af te stemmen, kunt u ervoor zorgen dat u bij elke afdruktaak afdrukken van hogere kwaliteit krijgt.

Naast deze essentiële elementen hebben de meeste 3D-printers van hars ook andere onderdelen, waaronder een LCD-scherm voor het regelen van printerinstellingen en een geautomatiseerd systeem voor het regelen van afdrukactiviteiten. Andere componenten, zoals koelventilatoren, die helpen bij het verlagen van de temperatuur tijdens lange afdrukken, kunnen ook worden meegeleverd.

Welk type materiaal kan worden gebruikt met een 3D-printer van hars?

Het type materiaal dat kan worden gebruikt met een 3D-printer met hars zijn meestal foto-uithardbare vloeibare harsen, die uitharden bij blootstelling aan licht. Deze harsen zijn verkrijgbaar in verschillende kleuren en hardheidsgraden, zodat u uw afdrukken kunt aanpassen aan de gewenste toepassing. Gebruikelijke materialen zijn onder meer stijve hars, flexibele hars, hars voor hoge temperaturen en gietbare hars. Elke materiaalsoort heeft andere eigenschappen die het geschikt maken voor bepaalde toepassingen.

Rigid Resin is bijvoorbeeld ideaal voor zeer gedetailleerde en ingewikkelde modellen, omdat het uitstekende laaghechting en printmogelijkheden met hoge resolutie biedt. Flexible Resin is geweldig voor het maken van elastische onderdelen en componenten, terwijl High Temp Resin zeer geschikt is voor het maken van hittebestendige onderdelen. Ten slotte is Castable Resin perfect voor het maken van duurzame en nauwkeurige gietstukken die klaar zijn voor gebruik zonder nabewerking.