3D-printen nabewerking onder de knie krijgen: een uitgebreide handleiding

3D-printen heeft een revolutie teweeggebracht in de productie, prototyping en ontwerp over de hele wereld. Hoewel het printproces zelf fascinerend is, ligt de ware magie vaak in de nabewerkingsfasen. Deze uitgebreide handleiding verkent de wereld van 3D-printen nabewerking en behandelt essentiële technieken, best practices en geavanceerde methoden die van toepassing zijn op verschillende materialen en printtechnologieën.

Waarom is nabewerking belangrijk?

Nabewerking is de reeks bewerkingen die worden uitgevoerd op een 3D-geprint onderdeel nadat het uit de printer komt. Deze stappen zijn cruciaal om verschillende redenen:

• Verbeterde esthetiek: Ruwe 3D-prints vertonen vaak laaglijnen, steunmarkeringen en een over het algemeen ruw oppervlak. Nabewerking verfijnt het uiterlijk van het onderdeel.
• Verbeterde functionaliteit: Nabewerking kan de mechanische eigenschappen van een onderdeel verbeteren, zoals de sterkte, duurzaamheid en weerstand tegen hitte of chemicaliën.
• Specifieke toleranties bereiken: Sommige toepassingen vereisen zeer precieze afmetingen. Nabewerkingstechnieken kunnen helpen om deze nauwe toleranties te bereiken.
• Oppervlakteafwerkingseisen: Afhankelijk van de toepassing kan een specifieke oppervlakteafwerking (bijv. glad, mat, glanzend) nodig zijn.
• Steunstructuren verwijderen: Veel 3D-printprocessen vereisen steunstructuren om complexe geometrieën te bouwen. Deze steunen moeten na het printen worden verwijderd.

Veelvoorkomende 3D-printtechnologieën en hun nabewerkingsbehoeften

De specifieke nabewerkingsstappen die nodig zijn, zijn sterk afhankelijk van de gebruikte 3D-printtechnologie. Hier is een overzicht van veelvoorkomende technologieën en hun typische nabewerkingsworkflows:

Fused Deposition Modeling (FDM)

FDM, ook wel bekend als Fused Filament Fabrication (FFF), is een veelgebruikte technologie die gesmolten plastic filament laag voor laag extrudeert. Populaire materialen zijn onder meer PLA, ABS, PETG en Nylon.

Typische FDM-nabewerkingsstappen:

• Steunmateriaal verwijderen: Het verwijderen van steunstructuren is meestal de eerste stap. Dit kan handmatig worden gedaan met gereedschappen zoals tangen, messen of gespecialiseerde gereedschappen voor het verwijderen van steunmateriaal. Voor oplosbare steunmaterialen (bijv. PVA) kan het onderdeel in water worden ondergedompeld om de steunen op te lossen.
• Schuren: Schuren wordt gebruikt om laaglijnen glad te maken en imperfecties te verwijderen. Begin met grofkorrelig schuurpapier (bijv. korrel 120-180) en ga geleidelijk over op fijnere korrels (bijv. korrel 400-600) voor een gladder resultaat.
• Vullen: Gaten en imperfecties kunnen worden opgevuld met vulmiddelen zoals epoxyplamuur of speciale 3D-printvulmiddelen.
• Primer aanbrengen: Een primerlaag helpt een glad, uniform oppervlak te creëren voor het schilderen.
• Schilderen: Schilderen kan kleur, detail en bescherming aan het onderdeel toevoegen. Gebruik verven die speciaal zijn ontworpen voor kunststoffen.
• Coaten: Het aanbrengen van een blanke lak of sealer kan de verf beschermen en een glanzende of matte afwerking toevoegen.

Voorbeeld: nabewerking van een FDM-geprinte ABS-behuizing voor een Raspberry Pi

Stel je voor dat je een behuizing voor een Raspberry Pi hebt 3D-geprint met behulp van ABS-filament. Het proces zou het volgende omvatten:

1. Steunmateriaal verwijderen: Verwijder voorzichtig de steunstructuren met een tang of een scherp mes.
2. Schuren: Begin met schuurpapier korrel 180 om merkbare laaglijnen te verwijderen en ga vervolgens naar korrel 320 en 400 voor een gladder oppervlak. Concentreer u op de zichtbare buitenoppervlakken.
3. Vullen (optioneel): Als er kleine openingen of imperfecties zijn, vul deze dan op met ABS-slurry (opgelost ABS-filament in aceton). Laat het volledig drogen.
4. Primer aanbrengen: Breng een dunne, gelijkmatige laag plastic primer aan. Laat het goed drogen.
5. Schilderen: Breng twee of drie dunne lagen van de gewenste kleur aan met spuitverf die is ontworpen voor kunststoffen. Laat elke laag volledig drogen voordat u de volgende aanbrengt.
6. Blanke lak (optioneel): Breng een blanke lak aan om de verf te beschermen en een glanzende afwerking te geven.

Stereolithografie (SLA) en Digital Light Processing (DLP)

SLA en DLP zijn op hars gebaseerde 3D-printtechnologieën die licht gebruiken om vloeibare hars uit te harden. Deze technologieën bieden een hoge resolutie en gladde oppervlakteafwerkingen, waardoor ze geschikt zijn voor gedetailleerde onderdelen.

Typische SLA/DLP-nabewerkingsstappen:

• Wassen: Na het printen moeten onderdelen worden gewassen in isopropylalcohol (IPA) of een gespecialiseerde harsreiniger om niet-uitgeharde hars te verwijderen.
• Uitharden: Onderdelen worden meestal onder UV-licht uitgehard om de hars volledig uit te harden en hun mechanische eigenschappen te verbeteren.
• Steunmateriaal verwijderen: Steunen worden meestal handmatig verwijderd met een kniptang of een scherp mes.
• Schuren: Licht schuren kan nodig zijn om steunmarkeringen of imperfecties te verwijderen.
• Polijsten: Polijsten kan de oppervlakteafwerking verbeteren en een glanzend uiterlijk creëren.
• Coaten: Coatings kunnen worden aangebracht om de chemische bestendigheid te verbeteren of een beschermlaag toe te voegen.

Voorbeeld: nabewerking van een SLA-geprint miniatuurbeeldje

Stel dat je een zeer gedetailleerd miniatuurbeeldje hebt 3D-geprint met behulp van een SLA-printer. De nabewerking zou het volgende omvatten:

1. Wassen: Dompel het beeldje 10-20 minuten onder in IPA en beweeg het voorzichtig om niet-uitgeharde hars te verwijderen. Gebruik een zachte borstel om moeilijk bereikbare plaatsen schoon te maken.
2. Uitharden: Plaats het beeldje gedurende de aanbevolen tijd in een UV-uithardingskamer, meestal 30-60 minuten, afhankelijk van de gebruikte hars.
3. Steunmateriaal verwijderen: Knip voorzichtig de steunstructuren af met een scherpe kniptang of een hobbymes, waarbij u rekening houdt met delicate details.
4. Schuren (optioneel): Schuur indien nodig resterende steunmarkeringen licht op met zeer fijnkorrelig schuurpapier (bijv. korrel 600-800).
5. Schilderen (optioneel): Breng een primer aan en schilder het beeldje met acrylverf om het tot leven te brengen.
6. Blanke lak (optioneel): Breng een blanke lak aan om de verf te beschermen en een glanzende of matte afwerking te geven.

Selective Laser Sintering (SLS)

SLS is een op poeder gebaseerde 3D-printtechnologie die een laser gebruikt om poederdeeltjes aan elkaar te smelten. Materialen zijn onder meer Nylon, TPU en andere polymeren.

Typische SLS-nabewerkingsstappen:

• Ontpoederen: Het verwijderen van het niet-gesinterde poeder van het onderdeel is de belangrijkste nabewerkingsstap. Dit kan worden gedaan met perslucht, borstels of geautomatiseerde ontpoederingssystemen.
• Parelen: Parelen kan het oppervlak glad maken en eventuele resterende poederresten verwijderen.
• Verven: SLS-onderdelen kunnen worden geverfd om kleur toe te voegen.
• Coaten: Coatings kunnen worden aangebracht om de chemische bestendigheid, waterdichtheid of andere eigenschappen te verbeteren.

Voorbeeld: nabewerking van een SLS-geprinte nylon beugel

Stel je voor dat je een nylon beugel voor een industriële toepassing hebt 3D-geprint met behulp van SLS. De nabewerking zou het volgende omvatten:

1. Ontpoederen: Verwijder voorzichtig het niet-gesinterde poeder van de beugel met perslucht en borstels. Zorg ervoor dat alle interne holtes grondig zijn gereinigd.
2. Parelen: Parelstraal de beugel om het oppervlak glad te maken en eventuele resterende poederdeeltjes te verwijderen. Gebruik een fijn straalmiddel voor een consistente afwerking.
3. Verven (optioneel): Verf de beugel indien gewenst in een specifieke kleur voor identificatie of esthetische doeleinden.
4. Coaten (optioneel): Breng een beschermende coating aan om de chemische bestendigheid of waterdichtheid te verbeteren, afhankelijk van de toepassingsvereisten.

Selective Laser Melting (SLM) en Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

SLM en DMLS zijn metaal 3D-printtechnologieën die een laser gebruiken om metaalpoeder aan elkaar te smelten. Materialen zijn onder meer aluminium, titanium, roestvrij staal en nikkellegeringen.

Typische SLM/DMLS-nabewerkingsstappen:

• Steunmateriaal verwijderen: Steunen worden meestal verwijderd met behulp van draadvonken (Electrical Discharge Machining) of machinale bewerking.
• Warmtebehandeling: Warmtebehandeling kan spanningen verlichten en de mechanische eigenschappen van het onderdeel verbeteren.
• Machinale bewerking: Machinale bewerking kan nodig zijn om precieze afmetingen en oppervlakteafwerkingen te bereiken.
• Oppervlakteafwerking: Oppervlakteafwerkingstechnieken zoals polijsten, slijpen of zandstralen kunnen de oppervlaktekwaliteit verbeteren.
• HIP (Hot Isostatic Pressing): HIP kan de porositeit verminderen en de dichtheid van het onderdeel verbeteren.

Voorbeeld: nabewerking van een DMLS-geprint titanium implantaat

Overweeg een titanium implantaat gemaakt met behulp van DMLS voor medische toepassingen. De nabewerking omvat:

1. Steunmateriaal verwijderen: Verwijder de steunstructuren met behulp van draadvonken om de spanning en schade aan het implantaat te minimaliseren.
2. Warmtebehandeling: Onderwerp het implantaat aan een warmtebehandeling om restspanningen te verlichten en de mechanische eigenschappen te verbeteren, waardoor biocompatibiliteit en structurele integriteit worden gewaarborgd.
3. Machinale bewerking (optioneel): Bewerk nauwkeurig kritieke gebieden van het implantaat om de vereiste afmetingen en oppervlakteafwerking te bereiken voor een optimale pasvorm en functionaliteit.
4. Oppervlakteafwerking: Polijst of passiveer het oppervlak om een glad, biocompatibel oppervlak te creëren dat osseointegratie bevordert (botgroei rond het implantaat).
5. HIP (optioneel): Gebruik HIP om de resterende porositeit verder te verminderen en de dichtheid van het implantaat te vergroten, waardoor de sterkte en vermoeidheidsweerstand toenemen.

Gedetailleerde nabewerkingstechnieken

Steunmateriaal verwijderen

Het verwijderen van steunstructuren is een fundamentele stap in veel 3D-printnabewerkingsworkflows. De beste aanpak hangt af van het steunmateriaal, de onderdeelgeometrie en de gewenste oppervlakteafwerking.

• Handmatig verwijderen: Gebruik gereedschappen zoals tangen, kniptangen en messen om de steunen voorzichtig weg te breken. Neem de tijd en vermijd beschadiging van het onderdeel.
• Oplosbare steunen: Los oplosbare steunmaterialen op in water of een gespecialiseerd oplosmiddel. Dit is een schone en efficiënte methode voor complexe geometrieën.
• Afbreekbare steunen: Deze steunen zijn ontworpen om gemakkelijk te worden afgebroken.

Schuren

Schuren is een cruciale techniek voor het gladmaken van oppervlakken en het verwijderen van laaglijnen. De truc is om te beginnen met een grove korrel en geleidelijk over te gaan naar fijnere korrels.

• Natschuren: Natschuren kan voorkomen dat het schuurpapier verstopt raakt en een gladder resultaat opleveren. Gebruik water met een druppel zeep.
• Machinaal schuren: Machineschuurmachines kunnen het schuurproces versnellen, maar pas op dat u de kunststof niet oververhit.
• Stofafzuiging: Draag altijd een masker en werk in een goed geventileerde ruimte om te voorkomen dat u schuurstof inademt.

Vullen

Vullen wordt gebruikt om gaten, imperfecties en naden in 3D-geprinte onderdelen te repareren. Er zijn verschillende soorten vulmiddelen beschikbaar:

• Epoxyplamuur: Epoxyplamuur is een veelzijdig vulmiddel dat op verschillende materialen kan worden gebruikt.
• 3D-printvulmiddelen: Gespecialiseerde vulmiddelen zijn speciaal ontworpen voor 3D-geprinte onderdelen en komen vaak overeen met de materiaaleigenschappen van het onderdeel.
• ABS-slurry: ABS-slurry (opgelost ABS-filament in aceton) kan worden gebruikt om gaten in ABS-onderdelen te vullen.

Primer aanbrengen

Primer aanbrengen creëert een glad, uniform oppervlak voor het schilderen en helpt de verf beter aan de kunststof te hechten. Kies een primer die compatibel is met het plastic materiaal.

• Spuitprimer: Spuitprimers zijn gemakkelijk aan te brengen en zorgen voor een consistente dekking.
• Primer om op te borstelen: Primers om op te borstelen kunnen worden gebruikt voor gedetailleerde gebieden.

Schilderen

Schilderen voegt kleur, detail en bescherming toe aan 3D-geprinte onderdelen. Gebruik verven die speciaal zijn ontworpen voor kunststoffen. Acrylverf is een populaire keuze.

• Spuitverven: Spuitverven zorgen voor een gladde, gelijkmatige afwerking. Breng meerdere dunne lagen aan in plaats van één dikke laag.
• Schilderen met een kwast: Schilderen met een kwast kan worden gebruikt voor gedetailleerde gebieden en fijne lijnen.
• Airbrushen: Airbrushen biedt de meeste controle en maakt complexe ontwerpen en verlopen mogelijk.

Coaten

Coaten voegt een beschermende laag toe aan de verf en kan een glanzende, matte of satijnen afwerking geven. Coatings kunnen ook de chemische bestendigheid en waterdichtheid verbeteren.

• Blanke lak: Blanke lakken beschermen de verf en geven een glanzende of matte afwerking.
• Epoxycoating: Epoxycoatings bieden een uitstekende chemische bestendigheid en waterdichtheid.

Dampglad maken

Dampglad maken is een techniek die chemische dampen gebruikt om het oppervlak van een 3D-geprint onderdeel te smelten, waardoor een gladde, glanzende afwerking ontstaat. Deze techniek wordt vaak gebruikt bij ABS en andere oplosbare kunststoffen. Let op: Dampglad maken omvat potentieel gevaarlijke chemicaliën en moet worden uitgevoerd met de juiste veiligheidsmaatregelen en ventilatie.

Polijsten

Polijsten wordt gebruikt om een glad, glanzend oppervlak te creëren op 3D-geprinte onderdelen. Deze techniek wordt vaak gebruikt bij op hars gebaseerde prints.

• Handmatig polijsten: Gebruikt polijstdoeken en -middelen om het oppervlak glad te maken.
• Mechanisch polijsten: Gebruikt gereedschappen zoals roterende gereedschappen met polijstaccessoires om het proces te versnellen.

Geavanceerde nabewerkingstechnieken

Elektrolytisch verzinken

Elektrolytisch verzinken is een proces waarbij een 3D-geprint onderdeel wordt bedekt met een dunne laag metaal. Dit kan het uiterlijk, de duurzaamheid en de elektrische geleidbaarheid van het onderdeel verbeteren.

Poedercoaten

Poedercoaten is een proces waarbij een droge poedercoating op een 3D-geprint onderdeel wordt aangebracht. Het poeder wordt vervolgens met warmte uitgehard, waardoor een duurzame, gelijkmatige afwerking ontstaat. Dit wordt vaak gebruikt op metalen 3D-geprinte onderdelen.

Oppervlaktestructuur aanbrengen

Oppervlaktestructuur aanbrengen kan unieke esthetische en functionele eigenschappen toevoegen aan 3D-geprinte onderdelen. Technieken omvatten:

• Zandstralen: Creëert een matte afwerking.
• Laseretsen: Voegt ingewikkelde ontwerpen en patronen toe.

Veiligheidsoverwegingen

Nabewerking kan gevaarlijke materialen en gereedschappen omvatten. Volg altijd deze veiligheidsmaatregelen:

• Draag de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM), inclusief handschoenen, maskers en oogbescherming.
• Werk in een goed geventileerde ruimte.
• Volg de instructies van de fabrikant voor alle materialen en gereedschappen.
• Voer afvalstoffen op de juiste manier af.

De juiste nabewerkingstechnieken kiezen

De beste nabewerkingstechnieken voor een bepaald 3D-geprint onderdeel zijn afhankelijk van verschillende factoren:

• Materiaal: Verschillende materialen vereisen verschillende nabewerkingstechnieken.
• Printtechnologie: De gebruikte printtechnologie beïnvloedt de oppervlakteafwerking en de soorten steunen die moeten worden verwijderd.
• Toepassing: Het beoogde gebruik van het onderdeel bepaalt het vereiste niveau van afwerking en functionaliteit.
• Budget: Sommige nabewerkingstechnieken zijn duurder dan andere.

Wereldwijde voorbeelden van nabewerkings toepassingen

• Medische implantaten (Europa): Bedrijven in Europa gebruiken geavanceerde nabewerkingstechnieken zoals HIP en gespecialiseerde coatings om biocompatibele en duurzame 3D-geprinte medische implantaten te creëren. De nabewerking zorgt ervoor dat de implantaten voldoen aan de strenge wettelijke vereisten voor veiligheid en prestaties.
• Automotive prototypes (Noord-Amerika): Autofabrikanten in Noord-Amerika gebruiken FDM en SLA 3D-printen voor rapid prototyping. Nabewerking, waaronder schuren, vullen en schilderen, is cruciaal voor het creëren van realistische prototypes die kunnen worden gebruikt voor ontwerpvalidatie en marketingdoeleinden.
• Consumentenelektronica (Azië): In Azië gebruiken bedrijven 3D-printen voor het maken van op maat gemaakte behuizingen voor consumentenelektronica. Nabewerking, zoals dampglad maken en elektrolytisch verzinken, wordt gebruikt om hoogwaardige oppervlakteafwerkingen te bereiken die voldoen aan de esthetische eisen van de markt.
• Lucht- en ruimtevaartcomponenten (Australië): Australische lucht- en ruimtevaartbedrijven maken gebruik van metaal 3D-printen voor het produceren van lichtgewicht en complexe componenten. Nabewerkingsstappen, zoals warmtebehandeling en machinale bewerking, zijn essentieel om ervoor te zorgen dat de componenten voldoen aan de strenge lucht- en ruimtevaartnormen voor sterkte en duurzaamheid.

Conclusie

Het beheersen van 3D-printen nabewerking is essentieel om het volledige potentieel van additive manufacturing te ontsluiten. Door de verschillende technieken en hun toepassingen te begrijpen, kunt u onderdelen creëren die niet alleen functioneel zijn, maar ook visueel aantrekkelijk en klaar voor gebruik in de echte wereld. Of u nu een hobbyist, een ontwerper of een fabrikant bent, investeren in nabewerkingskennis en -vaardigheden zal de kwaliteit en waarde van uw 3D-geprinte creaties aanzienlijk verbeteren. Naarmate de 3D-printtechnologie zich blijft ontwikkelen, zullen ook de nabewerkingstechnieken evolueren, waardoor er nog meer mogelijkheden ontstaan voor innovatie en maatwerk in verschillende industrieën wereldwijd.