3D printen

• Tinkercad
• Wat is Tinkercad
• Slicers
• Ultimaker Cura: installatie
• Ultimaker Cura: Printer toevoegen
• Ultimaker Cura: werken met
• Slicers: De belangrijkste instellingen
• 3D model
• Bestandsformaten
• Ontwerp restricties
• Filamenten

Tinkercad

Wat is Tinkercad

Tinkercad is een online tool om 3D objecten mee te tekenen. Je hebt een account nodig om in de web editor aan de slag te kunnen.

Je kan simpele geometrische vormen invoegen en aanpassen om zo een 3D model te maken.

Naast 3D vormen tekenen kan je in Tinkercad ook makkelijk elektronische componenten invoegen om zo de perfecte uitsparingen voor je onderdelen te ontwerpen. Verder is er ook een programmeer omgeving beschikbaar.

Slicers

Ultimaker Cura: installatie

1. Ga naar ultimaker.com/software/ultimaker-cura/#downloads
2. Klik op de software versie die bij jouw laptop hoort. Het programma wordt gedownload
3. Zoek in je Downloads map op je laptop naar Ultimaker Cura, dubbelklik om het installatieprogramma te openen
4. Ga door het installatieproces tot je op 'Finish' klikt.
5. Open Ultimaker Cura
6. Als je voor het eerst met Ultimaker Cura werkt, word je gevraagd om een account aan te maken. Je kan dit nu doen, maar het hoeft niet. Je kunt namelijk ook op 'Skip' klikken.

Ultimaker Cura: Printer toevoegen

1. Als je voor het eerst met Ultimaker Cura werkt, wordt je direct gevraagd om een printer toe te voegen. Als je al eerder met Ultimaker Cura hebt gewerkt wordt dit niet gevraagd. Klik dan bij het pijltje naast de huidige printer naam op 'Add Printer'

2. Kies voor de optie 'UltiMaker printer'

3. De 3D printers zijn niet met het internet verbonden. Kies daarom 'Add local printer'

4. Kies 'Add a non-networked printer

5. Kies aan de linkerkant het type Ultimaker dat je wilt gebruiken. Klik aan de rechterkant op 'Add' om de printer toe te voegen

6. Gelukt! Als het goed is zie je nu je gekozen printer staan

Wil je weten hoe Ultimaker Cura werkt? Kijk dan hier: Hoe werkt Ultimaker Cura

Ultimaker Cura: werken met

Ultimaker Cura bestaat uit 3 onderdelen: Prepare, Preview en Monitor. In het tabje Prepare bereid je alles voor. Vervolgens kan je in Preview zien wat de 3D printer precies gaat printen. Als je 3D printer aan je computer is verbonden, kan je via Monitor in de gaten houden waar de printer mee bezig is. De Monitor functie gebruiken we op HKU niet.

Prepare

In het tabblad Prepare kan je dus alles voorbereiden. Hier onder wordt per functie kort uitgelegd wat je hier mee kan doen.

Bestand inladen

Klik op het icoontje links boven om een bestand in Ultimaker Cura te laden. Het is mogelijk om meerdere bestanden achter elkaar in te laden. Deze komen samen in de prepare omgeving te staan.

Instellen welk type 3D printer je wilt gebruiken

Hier kan je zien welke 3D printer je gaat gebruiken. Als dat niet klopt, pas dat dan aan naar de 3D printer waar je mee gaat werken. Meer informatie vind je bij: Printer toevoegen in Ultimaker Cura

Materiaal en nozzle

Hier kan je instellen welk materiaal je wilt gebruiken. Je kan ook aangeven hoe groot de nozzle is die op dit moment in de 3D printer zit. De nozzle is het kopje dat heet wordt, waar je materiaal doorheen loopt. Met een nozzle met bredere opening kan je sneller en minder gedetailleerd printen dan met een nozzle met een smallere opening. Zorg dat deze instellingen kloppen, anders mislukt je print!

Laagdikte

Je kan instellen hoe gedetailleerd je wilt printen. Met een hogere lijndikte print je sneller en met minder detail. Met een fijnere lijndikte print je langzamer, maar is er meer detail in je print te zien. 

Infill

Je 3D model is van binnen hol. Je kan instellen hoe 'vol' je wilt dat de 3D printer deze opvult. Als je een sterke vorm wilt, kan je iets meer procent infill kiezen. Daardoor wordt er met filament aan de binnenkant een kleinere ruit-structuur gemaakt. Hie meer infill, hoe langer het printen duurt, dus als je tijd wilt winnen en je vorm hoeft niet heel sterk te zijn, kan je de infill juist een beetje omlaag halen.

Support

De 3D printer bouwt alles van beneden naar boven op. Stel je vorm wordt naar boven toe breder, dan moet de printer op een gegeven moment 'in de lucht' printen. Door zwaartekracht kan het zijn dat een deel van het filament naar beneden zakt voordat het is afgekoeld.

Om dat te voorkomen kan je de support aanzetten. Ultimaker Cura rekent dan zelf uit op welke plekken er extra steun nodig is, en zal de 3D printer extra stukken laten printen om je model te ondersteunen. Deze kan je na het printen weer wegbreken of -snijden. Je kan ook de soort ondersteuning aanpassen in de geavanceerde instellingen.

Adhesion

Om er voor te zorgen dat de print beter op zijn plek blijft liggen kan je de adhesion aanzetten. Er wordt dan een extra randje met dikte 1 om het 3D model geprint. Deze kan je later wegsnijden. In nieuwere software versies wordt er een iets dikker grondvlak geprint, wat je achteraf makkelijk weg kan breken van je ontwerp. Welke van de opties de printer gaat doen, kan je zien bij het Preview tabblad, nadat je hebt gesliced.

Geavanceerde instellingen

Er zijn nog meer instellingen te vinden achter de pijltjes. Pas over het algemeen alleen instellingen aan als je ook daadwerkelijk weet wat het doet, dan heb je het beste resultaat.

Verplaatsen, verschalen, draaien...

Nadat je een 3D model hebt ingeladen en op het model hebt geklikt, kan je in de linkerbalk je model verplaatsen, verschalen, draaien en spiegelen. Je kan hier ook per model bepaalde instellingen maken en onderdelen markeren die geen support moeten krijgen.

Slice

Als je model en alle instellingen goed staan, kan je op 'Slice' klikken. Ultimaker Cura zet daarbij je 3D tekening om in commando's die de 3D printer begrijpt. Controleer altijd via Preview of er daadwerkelijk wordt geprint zoals jij bedoelde. Pas eventueel nog wat instellingen aan en slice opnieuw, tot je tevreden bent met het verwachte resultaat.

Print tijd

Nadat je op 'Slice' hebt geklikt, kan je zien hoe lang de print er over gaat doen. Controleer altijd voordat je de printer start of je genoeg tijd hebt gereserveerd. Zo voorkom je dat je de print halverwege uit moet zetten. Als een printer eenmaal uit is geweest of is gestopt, kan hij daarna niet door waar hij was gebleven. 

Materiaal kosten

Je kan zien hoeveel filament er wordt gebruikt in je 3D model. Controleer hoe vol de rol filament in de 3D printer is (ziet het er uit als een redelijk volle klos?), en vraag als dat nodig is om de rol te vervangen met een rol waar meer meter filament op zit dan je nodig hebt.

Bestand opslaan

Controleer eerst via Preview of alle instellingen goed staan, en daarna kan je het bestand opslaan op je computer of direct op de SD kaart of USB stick van de 3D printer. Gebruik altijd de SD kaart of USB-stick die bij de printer ligt.

Preview

Controleer voordat je een bestand opslaat altijd of de instellingen zijn zoals je hebt verwacht. Kijk via Preview of de 3D printer gaat printen zoals jij het verwacht.

In het Preview onderdeel zie je je model staan. Je kan hier omheen draaien door de rechtermuis in te drukken en te slepen.

De slider rechts laat zien hoe de losse lagen er uit zien. Daardoor kan je de binnenkant van je model zien, en de dikte van de wanden. Wil je iets aanpassen? Ga dan terug naar het onderdeel 'Prepare'

Hier is een ander voorbeeld met 'Support' en 'Adhesion' ingeschakeld. De blauwe onderdelen kan je na het printen wegbreken / -snijden.

Als alle instellingen kloppen kan je het bestand opslaan en op de SD kaart / USB stick zetten.

Slicers: De belangrijkste instellingen

Voordat een 3D model geprint kan worden moet het eerst worden omgezet tot een bestand dat begrijpbaar is voor de 3D printer. Daarvoor wordt gebruik gemaakt van een slicer. Een slicer is een softwareprogramma die het 3D bestand, meestal een STL bestand, samen met de belangrijkste instellingen omzet naar een set instructies die de printer kan begrijpen. Deze instructies worden opgeslagen in een GCODE bestand. De instellingen in de slicer bepalen voor een groot deel de kwaliteit van de 3D print. 

Printer- en nozzleinstellingen

Allereerst geef je aan met welke printer je gaat 3D printen. Afhankelijk van welke slicer je gebruikt zijn er voor de meeste commerciële 3D printers profielen te vinden. Deze profielen bevatten belangrijke informatie over de printer, zoals de minimale en maximale temperatuur van de nozzle en het printbed, de maximale snelheid, welke "smaak" gcode de printer gebruikt, en nog veel meer. Ook selecteer je de diameter van de nozzle. Dit is meestal 0.4 mm, maar er bestaan ook nozzles van 0.2, 0.6, en 0.8 mm. 

Welke nozzle kies ik?

De grootte van de nozzle heeft invloed op hoe gedetailleerd de 3D print wordt. Een kleinere nozzle betekend meer detail, maar zorgt ook voor een langere printtijd. Een grotere nozzle print een stuk sneller, maar ook minder gedetailleerd. De meest voorkomende diameter is 0.4 mm. 

 

3D model

Bestandsformaten

Om te kunnen 3D printen heb je een 3D bestand nodig. Een 3D bestand kan veel verschillende bestandsextensies hebben. Hieronder vind je een overzicht van de meest voorkomende bestandsextensies en wanneer je deze gebruikt.

.STL 

STL is het meest gebruikte bestandsformaat voor 3D bestanden. De meeste 3D modellen van websites zoals Thingiverse of Printables worden als STL bestand aangeboden. Een STL bestand beschrijft d.m.v. driehoeken de vorm van een 3D model. Een STL bestand bevat verder geen informatie over de interne structuur, het materiaal of de kleur van een 3D model.

Het nadeel van een STL bestand is dat alle vormen, dus ook ronde vormen, zijn opgebouwd uit driehoeken. Hierdoor is bijvoorbeeld een ronde vorm niet perfect rond. Een STL bestand is makkelijk om te slicen en voornamelijk geschikt voor simpele en niet té complexe vormen. 

.OBJ

Een ander veel voorkomend bestandsformaat is het OBJ bestand. Een OBJ bestand beschrijft de vorm van een 3D model d.m.v. informatie over hoekpunten, lijnen, polygonen, freeform curves en oppervlakten. Een OBJ bestand kan ook informatie over kleur en textuur bevatten. Een OBJ bestand is vaak groter en complexer dan een STL bestand en daardoor moeilijker om te slicen. Een OBJ bestand is vooral geschikt voor complexere en organische vormen. 

.3MF

Het 3D Manufacturing Format, oftewel 3MF, is een van de nieuwere bestandsformaten. Het is een open-source bestandsformaat en kan naast de vorm van het 3D-model ook andere informatie bevatten, zoals informatie over de printer, printinstellingen of het filament. 3MF bestanden zijn kleiner en preciezer dan STL of OBJ bestanden. Een slicer, zoals OrcaSlicer, Cura of Prusaslicer slaat bestanden op als 3MF bestand. Ook ondersteunen de meeste 3D software ondertussen 3MF. 

.PLY

Het PLY bestandsformaat wordt voornamelijk gegenereerd door 3D scanners. Het kan informatie over de vorm en kleur van het gescande object opslaan. Het PLY bestandformaat kan niet door alle slicers gelezen worden en moet eerst geconverteerd worden naar een ander bestandsformaat.

.GCODE

GCODE is een programmeertaal die wordt gebruikt het besturen van de 3D printer. Niet alleen 3D printers gebruiken GCODE, maar bijna alle geautomatiseerde werktuigmachines worden aangestuurd d.m.v. GCODE. Een GCODE bestand (.gcode/.g/.gco) bestaat uit een reeks commando's en instructies die de 3D printer precies verteld wat deze moet doen. Voordat je een 3D bestand kan printen moet deze eerst omgezet worden in een GCODE bestand. Hiervoor gebruik je slicer software zoals Cura, OrcaSlicer of PrusaSlicer. 

Ontwerp restricties

Om een 3D model succesvol te kunnen printen zijn er een aantal ontwerprestricties om rekening mee te houden. Een 3D model kan bijvoorbeeld niet te dun zijn of te gedetailleerd zijn, en er kan niet te schuin of in de lucht geprint worden. Protolabs heeft een handige infographic met ontwerp restricties gemaakt. De ontwerprestricties die hier onder besproken worden zijn voornamelijk bedoeld voor FDM printers. Voor SLA/SLS printers kan het advies afwijken. 

Overhangs

Overhangs zijn delen van het 3D model die horizontaal uitsteken zonder ondersteuning. Overhangs zijn moeilijk te printen en lijden in de meeste gevallen tot vervormingen. Om een overhang succesvol te kunnen printen mag deze niet te schuin zijn. Bij overhangs schuiner dan 45 graden is het nodig om supports toe te voegen.

Bridges

Bridges verbinden twee punten in een 3D model zonder ondersteuning. Doordat een 3D printer niet in de lucht kan printen vervormt of mislukt de 3D print. Vaak lukt het met de juiste instellingen nog wel om een korte bridge te printen, maar bij een langere bridge is het nodig om supports toe te voegen.

Minimum wall thickness

De wall thickness (wanddikte) bepaalt de kwaliteit, printbaarheid en structurele integriteit van een 3D model. De minimale wanddikte wordt bepaalt door een aantal verschillende variabelen. Om voldoende hechting en stevigheid te garanderen wordt aangeraden om wanden te ontwerpen die minimaal twee keer zo dik zijn als de diameter van de nozzle. Bij een nozzle van 0.4 mm is dat minimaal 0.8 mm. 

 

Filamenten

Het materiaal dat gebruikt wordt om met een FDM printer te 3D printen heet filament. Er bestaan veel verschillende soorten filament met veel verschillende soorten eigenschappen. Hieronder vind je een overzicht van een aantal verschillende soorten filament en wanneer je deze het beste kan gebruiken. 

De dikte van het filament

Filament komt voor in twee verschillende diktes. De meeste moderne printers gebruiken een filament van 1.75 mm, de wat oudere of sommige industriële machines gebruiken een dikte van 2.75. Kijk altijd goed voordat je filament koopt welke dikte jouw printer nodig heeft.

PLA

Het meest gebruikte materiaal is PLA (polylactic acid). Het materiaal is goedkoop en makkelijk om te printen. Het heeft een lage printtemperatuur, zal niet snel vervormen en heeft geen verwarmd printbed nodig. Ook geeft het geen gevaarlijke dampen af, en heeft geen printer met behuizing nodig. PLA wordt gemaakt van maiszetmeel, aardappelzetmeel of suikerpulp en is daardoor beter voor het milieu dan de meeste andere filamenten. PLA kan niet heel goed tegen stoten of druk en daardoor niet geschikt voor objecten die intensief gebruikt worden. Daarnaast wordt PLA zacht bij een temperatuur vanaf 60 graden. PLA komt voor in veel verschillende soorten en kleuren, zoals glow-in-the-dark of regenboogkleur. 

• Sterkte: Medium
• Flexibiliteit: Laag
• Makkelijk mee te printen: Ja
• Geschikt voor: Prototypes, miniaturen, schaalmodellen
• Niet geschikt voor: Mechanische onderdelen, objecten die intensief gebruikt worden

PETG

PETG (polyethylene terephthalate glycol) is een van de meest gebruikte plasticsoorten. Zo wordt het bijvoorbeeld gebruikt voor plastic flessen, voedselcontainers en zelfs textiel. Het is flexibeler dan PLA waardoor het minder snel breekt en is bestand tegen hogere temperaturen. PETG is hygroscopisch, en neemt vocht op uit de lucht. Dit verminderd de kwaliteit van het filament. Het is dus belangrijk om PETG in een afgesloten verpakking te bewaren, en eventueel te drogen voor er mee wordt geprint. Ook is PETG kleverig tijdens het printen, waardoor het minder geschikt is voor supports. 

• Sterkte: Hoog
• Flexibiliteit: Medium
• Makkelijk mee te printen: Ja, maar minder makkelijk dan PLA
  
• Geschikt voor: Mechanische onderdelen
  
• Niet geschikt voor: Onderdelen die veel supports nodig hebben
  

ABS

ABS (acrylonitrile butadiene styrene) is een van de stevigere materialen. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt voor lego en vele huishoudelijke apparaten. ABS is moeilijker om mee te printen vergeleken PLA of PETG, en heeft een verwarmd printbed nodig om te kunnen printen. Ook kunnen er tijdens het printen gevaarlijke dampen vrij komen, en is niet geschikt voor printers zonder behuizing. Print ABS altijd in een goed geventileerde ruimte. ABS kan tegen hoge temperaturen en is oplosbaar in aceton.

• Sterkte: Hoog
• Flexibiliteit: Medium
• Makkelijk mee te printen: Nee. 
  
• Geschikt voor: Intensief gebruikte objecten zoals speelgoed
  
• Niet geschikt voor: Objecten die met voedsel in aanraking komen
  

TPE/TPU/TPC

TPE (thermoplastic elastomers) is een verzameling van verschillende soorten flexibele plastics. TPE is buigbaar, elastisch en stressbestendig. TPE kan door zijn flexibiliteit moeilijk zijn om mee te printen, en kan het beste op lage snelheid geprint worden. 

TPU (thermoplastic polyurethane) is een hardere soort TPE, en daardoor iets makkelijker om mee te printen. Ook is het iets weerbaarder en behoud het beter zijn elasticiteit in de kou. TPC (thermoplastic copolyester) wordt iets minder vaak gebruikt en is een andere soort TPE. Het is beter bestand tegen UV, hitte en chemische blootstelling. Ook TPE is hygroscopisch, en moet afgesloten bewaard worden, en eventueel worden gedroogd. 

De hardheid van TPE wordt uitgedrukt in "shore". Hoe hoger het getal achter de shore, hoe harder het materiaal.

• Sterkte: Hoog
• Flexibiliteit: Erg hoog
  
• Makkelijk mee te printen: TPU - medium, TPE - moeilijk 
  
• Geschikt voor: Wielen, telefoonhoesjes, en andere rubberachtige objecten
  
• Niet geschikt voor: Rigide onderdelen
  

PA

PA, of beter bekend als nylon, is een synthetisch materiaal wat voornamelijk gebruikt wordt voor PBF (powder-bed fusion) printers. Het wordt minder vaak gebruikt voor FDM printers, omdat het moeilijker is om te printen en vrij duur kan zijn. Nylon is erg sterk, flexibel en gaat lang mee, waardoor het perfect is voor mechanische onderdelen. Nylon is net zoals PETG en TPE hygroscopisch, en moet afgesloten bewaard worden, en eventueel worden gedroogd. Ook kan nylon geverfd worden.

• Sterkte: Erg hoog
  
• Flexibiliteit: Hoog
  
• Makkelijk mee te printen: Redelijk moeilijk
  
• Geschikt voor: Mechanische onderdelen, onderdelen die aan veel stress worden blootgesteld
  
• Niet geschikt voor: Prototypen

PC 

PC (polycarbonate) is een van de sterkste materialen om mee te 3D printen. Het is transparant, resistent tegen hitte en fysieke kracht. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt in duikmaskers en beeldschermen voor elektronica. Het is redelijk moeilijk om mee te printen en heeft een hoge printtemperatuur tot wel 310 graden nodig. PC is hygroscopisch, en moet afgesloten bewaard worden, en eventueel worden gedroogd.

• Sterkte: Erg hoog
  
• Flexibiliteit: Medium
  
• Makkelijk mee te printen: Redelijk moeilijk
  
• Geschikt voor: Onderdelen die aan veel stress worden blootgesteld, transparante onderdelen
  
• Niet geschikt voor: Objecten die met voedsel in aanraking komen
  

Exoten

Naast bovengenoemde filamenten bestaan er ook een aantal bijzondere soorten filamenten, zoals magnetische filamenten, filamenten met hout of metaal er in verwerkt, kleurveranderende of glow-in-the-dark filamenten, oplosbare filamenten en nog veel meer. Vaak zijn deze filamenten een combinatie van verschillende materialen met PLA of ABS als basis. Sommige van deze filamenten veroorzaken slijtage aan de 3D printer of hebben een speciale nozzle nodig, zoals een nozzle van gehard staal. All3dp geeft een mooi overzicht van verschillende filamenten, waaronder verschillende exoten.