Wat is een 3D printer?

Een 3D-printer is een apparaat dat op basis van digitale "bouwtekeningen" (computerbestanden) driedimensionale objecten kan produceren. Dit gebeurt door het object laag na laag op te bouwen. Het is een tak van de rapid prototyping-industrie.

3D-printing is een productiewijze waarin van een digitaal ontwerp een driedimensionaal fysiek object wordt opgebouwd uit laagjes materiaal. Het kan hierbij gaan om verschillende materialen, zoals keramisch materiaal, metalen, hout, polymeren, metaallegeringen, voedsel, glas en menselijk weefsel. De laagjes kunnen op verschillende manieren worden aangebracht. Er kan gebruik worden gemaakt van gesmolten materiaal dat uithardt op kamertemperatuur, maar ook van poeder dat wordt hardgemaakt door laser of UV-licht, of bijeen wordt gehouden door een bindmiddel. Het materiaal kan worden aangebracht door middel van een spuit (vergelijkbaar met inkjetprinten) of in een bed van granulair materiaal selectief worden gesmolten . De objecten die geprint worden, kunnen heel klein zijn, zelfs op nanoschaal . Dat is duizend keer zo klein als een haar. Het kunnen ook meters grote objecten zijn. Zo worden er bijvoorbeeld huizen en bruggen geprint. De ontwerpen kunnen op verschillende manieren worden ingevoerd in de printer. Naast professionele ontwerpsoftware programmatuur, zijn er meer gebruikersvriendelijke manieren, waarbij de computer een 3D-ontwerp maakt op basis van foto’s.

Hoe werkt het?

Een veelgebruikte methode bij 3D-printen is het gebruikmaken van een fijn poeder (gips, plantaardige stoffen, bioplastic, polyurethaan, polyester, epoxy) zoals inkjetprintersgebruiken, waarbij er telkens lagen van dit poeder met elkaar verbonden worden, zodat deze een vaste vorm aannemen. Deze bindingen worden gedefinieerd door een CAD-bestand. Deze methode is de enige methode waarbij een model volledig met kleuren geprint wordt. Het is ook de snelste methode.

Fused deposition modeling (FDM) is een andere manier, waarbij gesmolten polymeren op een supportlaag worden gespoten en het model zo laag na laag wordt opgebouwd.

Een andere methode is het gebruikmaken van vloeistoffen, zoals fotopolymeer, door eenzelfde inkjet-typekop, waarbij men ook telkens laag na laag print. Vervolgens wordt er een uv-lamp aan de printkop geactiveerd, die iedere vloeistoflaag vast maakt. Deze methode is ook bekend onder de naam stereolithografie.

Een gelijksoortige printmethode gebruikt een speciale gel die bestraald wordt door een laser op de plekken die vast moeten zijn. Vervolgens wordt het niet-vaste deel van de gel weggewassen. Met deze methode kan men objecten modelleren die kleiner zijn dan 100 nm, alsook complexe modellen.

De tussenlaag die de verschillende lagen bindt kan men na het maken van het model handmatig verwijderen of, mits gebruikmakend van duurdere printertypes, oplossen in een vloeistof, door het model erin te dompelen. Het resultaat is een hol model dat vrij accuraat de bedoelde vorm nabootst.

Het maakt niet uit welke modelleringssoftware men gebruikt voor het model, zolang deze het model kan uitvoeren in het formaat dat gebruikt wordt door de printersoftware.

Gebruikstoepassingen

3D-printers worden vooral toegepast waar ontwerpers tijd willen besparen op het zelf maken van modellen. Hierbij behoren de medische wetenschap, architectuur, mode en design, maar ook de entertainmentindustrie zoals de game-industrie en filmindustrie horen tot de gebruikers. Ook kunstenaars gebruiken deze machine om hun creaties in een relatief korte tijd in een vaste vorm te krijgen.

Het aantal bedrijven dat zich specialiseert in het printen van 3D-modellen voor andere ondernemingen groeit.

In principe hoeft een consument met een eigen 3D-printer en de benodigde materialen voor een product dat hij wil hebben slechts de "bouwtekening" te bestellen; hij kan dan het product zelf door de printer laten maken. Het bedrijf Defense Distributed in de VS heeft bestanden voor de onderdelen van een eenvoudig enkelschots pistool op internet gezet (alleen de slagpin, van metaal, is nog nodig en een patroon), maar op bevel van de autoriteiten weer weggehaald.

In 2014 kwam de toepassing van 3D-printers in een stroomversnelling toen ook grote industriële bedrijven zoals Siemens AG de techniek integreerden in hun productieproces.

Er wordt door verschillende bedrijven en organisaties gewerkt aan 3D-printers voor het printen van gebouwen. De ESA is bezig met het ontwikkelen van een huisje op de maan. De Nederlandse architect Janjaap Ruijssenaars ontwikkelt in samenwerking met een aantal Nederlandse bedrijven het 'Landscape House', met een oppervlakte van meer dan 1100 m2. Een 3D printer zou nu een huis kunnen printen in 20 uur. In China is zelfs een compleet flatgebouw geprint met een 3D-printer.

Het Nederlandse bedrijf CyBe Construction heeft in samenwerking met Heijmans toepassingen als 3D geprinte bekistingen ontwikkeld. Op 17 oktober 2017 werd in Gemert een 3D-geprinte fietsbrug in gebruik genomen. 

In combinatie met een speciale scanner wordt een 3D-printer ook gebruikt om een beeldje (ook in kleur) van een persoon te maken. Tussen het scannen en printen kan er daarbij nog met de hand op de computer een bewerking plaatsvinden.

Met een 3D-printer kan ook in de ruimte geprint worden. Hiervoor is een speciale 3D-printer die buiten de dampkring kan werken met een raket naar het ISS gestuurd. Hiermee kunnen snel gereedschappen en onderdelen worden vervaardigd voor reparaties, waardoor astronauten minder vaak afhankelijk zijn van levering vanaf de aarde als er iets vervangen moet worden. Alleen de materialen daarvoor hoeven dan vanaf de aarde aangevuld te worden.