3D-printer: Hoe werkt het en wat kun je ermee

De 3D-printer zien we steeds vaker bij mensen in huis staan. Je kunt er allerlei driedimensionale objecten mee maken van kunststof, metaal, hout en zelfs van zand. Ook kunnen objecten in kleur worden geprint. Rond 2012 worden de mogelijkheden van de 3D-printer tot het uiterste benut. Er wordt geëxperimenteerd met het printen van eetbaar voedsel, er worden auto’s geprint en ook wordt er gekeken hoe de medische wereld kan profiteren van de ontwikkeling van de 3D-printer.

Wat is een 3D-printer?

Een 3D-printer is een printer die op basis van een digitale ontwerptekening driedimensionale objecten kan maken. Het concept van de 3D-printer werd bedacht in 1981 door de Japanner Hideo Kodama van ‘Nagoya Municipal Industrial Research Institute’. In 1984 verzon de Amerikaanse oprichter van ‘3D Systems’ Charles ‘Chuck’ Hull (1939 – heden) een meer succesvollere techniek om objecten in 3D te printen. Sinds 2005 zijn er steeds meer mensen die een speciale ‘thuis 3D-printer’ hebben. In eerste instantie betrof dit hobbyisten en kunstenaars, maar sinds 2012 is de 3D-printer in ook populariteit toegenomen bij het grotere publiek. Veel mensen vinden het leuk dat de printer alle objecten kan creëren die ze maar voor ogen hebben.

Het ontwerp dat geprint wordt, moet eerst worden ontworpen met CAD-software (Computer-aided design). Met deze software kunnen vele objecten worden ontworpen (zoals woningen en machines) en het wordt veel gebruikt in de architectuur, bouwkunde, civiele techniek en elektrotechniek. Als je zelf nog nooit met deze software hebt gewerkt dan kun je hulp inschakelen van de desbetreffende 3D-printservice. Ook kun je 3D-ontwerpen downloaden van het Internet, zoals op de website van Thingiverse.

Daarna wordt het ontwerp, net als bij een gewone printer, vanaf de computer verzonden naar de printer zodat het ontwerp kan worden geprint.

Hoe werkt 3D-printen?

Er bestaan verschillende technieken om een object in 3D te printen. De drie meest gangbare technieken zijn stereolithografie, FDM (Fused Deposition Modeling) en SLS (Selective Laser Sintering).

Vloeibaar materiaal verharden

De meest gebruikte techniek die professionele 3D-printers gebruiken is stereolithografie; de techniek die werd uitgevonden in 1984 door Charles Hull. Bij deze techniek wordt een laserstraal op een vloeibaar materiaal gericht. Het vloeibare materiaal verhardt als het wordt geraakt door de hete laserstraal. Op die manier wordt er laagje voor laagje een verhard object gevormd. Het object staat op een platform dat telkens enkele millimeters zakt waardoor het object kan worden voltooid.

(Poeder)materiaal versmelten

3D-printers die veel worden gebruikt voor thuisgebruik passen een andere techniek toe. De techniek FDM maakt gebruik van een spuitmond die dunne laagjes thermoplastisch materiaal (kunststof) op elkaar plaatst. Dit thermoplastische materiaal wordt ook in poedervorm toegepast; de zogenoemde SLS-techniek. Bij SLS wordt telkens een laagje poeder op elkaar geplaatst en daarna door een laser gesmolten zodat het naar wens kan worden gevormd. Na het uitharden blijft een stevig 3D-object over.

Wat kan een 3D-printer printen?

Onbeperkte mogelijkheden

Een 3D-printer heeft geen beperkingen in het printen van driedimensionale objecten. Alles kan worden geprint met glas, zand, keramiek, hout en metaal (zoals koper en brons). In 2012 werd er in Amerika een werkend pistool geprint dat vrij snel door de overheid werd ingenomen. Ook werd er in 2014 in Zweden een auto (alleen de carrosserie en autoruiten) geprint en vloog de Britse Royal Air Force in 2015 met de eerste geprinte straaljageronderdelen.

Voedsel printen

Omstreeks 2012 begon men te experimenteren met het printen van voedsel. In 2013 werd ’s werelds eerste expositie gehouden over 3D-geprinte (eetbare) chocolade. De expositie vond plaats in Zuid-Afrika en werd georganiseerd door Nestlé, Google en Android. Onder andere een dinosaurus, verscheidene fantasieobjecten en de moai waren te bezichtigen. Bij de zogenaamde chocolade 3D-printer wordt er pure, melk of witte chocoladepasta als materiaal gebruikt in plaats van thermoplast of andere materialen. Het Spaanse bedrijf Natural Machines houdt zich sinds 2012 bezig met het printen van voedsel met verse ingrediënten, zoals panenkoeken of pasta’s.

3D-prints in de medische wereld

In 2011 redde een 3D-print van een luchtwegvertakking het leven van baby Kaiba Gionfriddo. Kaiba, die zeer slecht kon ademhalen vanwege een zwakke luchtwegvertakking, gaat sindsdien door het leven als de eerste persoon die een 3D-geprint object in zijn lichaam heeft. Ook worden er protheses geprint die tot in het kleinste detail op maat worden gemaakt.

Zelf 3D-printen

Een eigen 3D-printer kopen

Als je thuis (anno 2020) wilt experimenteren met 3D-printen, dan kun je terecht bij een verscheidenheid aan websites, zoals bol.com die ‘standaard’ printers en chocoladeprinters verkoopt.
Het merk XYZ Printing verkoopt verschillende printers voor thuisgebruik die hoogwaardige objecten kunnen maken. De goedkoopste kosten circa € 300 en kunnen objecten printen van een maximale afmeting van 15 x 15 x 15 centimeter. De duurdere 3D-printers kosten rond de € 4500 en kunnen objecten maken van 30 x 30 x 60 centimeter. De kwaliteit ligt hoger dan bij de goedkopere merken en de printsnelheid ligt hoger.

Het materiaal waarin je wilt printen, dien je afzonderlijk erbij te bestellen. De meeste thuisprinters zijn uitsluitend geschikt voor (organisch afbreekbaar) thermoplastisch materiaal dat speciaal is ontwikkeld voor in de 3D-printers. Een rol thermoplast van 750 gram kost ongeveer € 30. Hoeveel daarmee kan worden geprint is afhankelijk van het formaat van het object en of het object massief wordt, een honingraatstructuur zal hebben et cetera.

Een ontwerp laten printen

Als je eenmalig iets wilt laten printen, dan biedt de 3D-print service Oceanz een uitkomst. Dit Nederlandse bedrijf print wat je maar wilt. Als klant heb je de keuze uit vier verschillende materialen (kunststof, zand, gips of metaal) en veertien kleuren (van rood tot blauw, van geel tot zwart). Afhankelijk van het formaat van de 3D-print wordt een prijs met het bedrijf opgesteld.