4 interessante alternatieven voor 3D printen

3D printen heeft de wereld stormenderhand veroverd, maar andere manieren om objecten te maken zouden wel eens een geschikt alternatief voor 3D printen kunnen zijn. Deze verschillende methoden zijn misschien niet zo toegankelijk voor gewone mensen als een 3D printer, maar dat zou in de toekomst wel kunnen.

Enkele van de meest interessante alternatieven voor 3D printen zijn 4D printen, snel vloeibaar printen, spuitgieten en thermovormen. Sommige van deze processen zijn additieve productiemethoden zoals 3D printen, maar andere gebruiken andere manieren om complexe voorwerpen te maken.

In dit artikel verken ik enkele van de meest fascinerende en veelbelovende alternatieven voor 3D printen, waarbij ik bespreek hoe ze werken, wat voor toepassingen ze hebben en welke materialen je ermee kunt gebruiken. Ik bespreek ook waarom deze alternatieven in de toekomst 3D printers in huishoudens zouden kunnen vervangen.

1. 4D afdrukken

4D Printing is een relatief nieuw fenomeen en lastig uit te leggen in lekentaal. Het omvat elk 3D-geprint ontwerp van intelligent materiaal en een slim ontwerp dat verandert wanneer het aan bepaalde omstandigheden wordt blootgesteld.

Deze voorwaarden zijn:

• Warmte
• Licht
• Water
• Tijd
• Fysieke kracht

Voorbeelden van 4D-geprinte voorwerpen zijn speelgoed en robots. Deze structuren kunnen van vorm veranderen als de gebruiker iets invoert. Rubix Cubes zijn hier expliciet voor gemaakt, net als slinkies en robotarmen.

4D heeft van buitenaf dezelfde vorm als 3D; het verschil is dat het van vorm kan veranderen als er energie op wordt uitgeoefend en dan neemt het een heel nieuw functieniveau aan.

Praktisch gebruik van 4D printen

Naast speelgoed en robots opent 4D printen een nieuwe wereld van mogelijkheden voor het genereren van functionele materialen en technologie.

• Watergeactiveerde meubels: Bespaar ruimte in huis met compacte, opvouwbare meubels die geactiveerd en geopend worden als ze in contact komen met water. Meubels zouden net zo sterk zijn, maar met twee keer zoveel gemak. 
•  Dynamische leidingen die zichzelf kunnen repareren: Leidingen van flexibel materiaal kunnen hun breedte en grootte aanpassen aan de waterstroom en zichzelf verbeteren in geval van scheuren of breuken door warmte of wateractivering.
• Ruimtevaarttechnologie: Het hebben van technologie die zich kan aanpassen aan de omgeving en zichzelf kan “genezen” zou een belangrijk voordeel zijn in de ruimte, waar de omstandigheden onvergeeflijk zijn en de inzet hoog.

We luiden snel de toekomst in van adaptieve en dynamische technologie op een niveau dat we nooit hebben kunnen bereiken. Deze methoden overtreffen 3D-printen in bruikbaarheid en de reeks materialen die ze kunnen verwerken.

Voor 3D printen heb je een thermoplastisch filament of hars en een compatibele printer nodig. Maar in de toekomst kun je elk materiaal gebruiken om te printen.

Voor meer informatie over hoe 4D printen tot stand kwam en een praktische demonstratie van de toepassingen ervan, bekijk je de onderstaande video, gefilmd in samenwerking met het Massachusetts Institute of Technology (MIT).

2. Snel vloeibaar printen

Rapid liquid printing (RLP) heeft een proces dat enigszins tegenovergesteld is aan spuitgieten. Korrelige carbomeerhydrogel wordt in een vat gesuspendeerd en een machine spuit vloeibaar uithardbaar materiaal in de gel in een vooraf gespecificeerde vorm via een pneumatische spuit.

Deze manier van bewerken is misschien wel de meest diverse vorm van printen in dit artikel, omdat de materialen voor het printen kunnen variëren van beton tot siliconen.

Deze methode is geen laag-voor-laag proces zoals 3D printen. Snel vloeibaar printen is een veel snellere manier om veel grotere voorwerpen te maken.

Praktisch gebruik van RLP

RLP wordt steeds vaker gebruikt en zou 3D-printen binnenkort wel eens kunnen inhalen in populariteit.

Enkele items die via RLP zijn geproduceerd:

• Schoeisel
• Auto-onderdelen
• Rubber
• Schuim
• Medische apparatuur
• Luchtvaart onderdelen

Behalve dat het snel is, is het ook veelzijdiger. De dagen dat je uren moest wachten tot elke laag geprint was, zijn voorbij. Nu kun je meerdere items printen in hetzelfde gelbad, omdat elk item precies blijft hangen waar de spuitmond het heeft geïnjecteerd.

Het proces duurt in totaal een paar minuten. Als het materiaal chemisch behandeld is, wordt het uit de gel gehaald en van overtollige gel gespoeld. Dat was het.

Deze beelden, gemaakt door het MIT, illustreren perfect het RLP-proces en laten voorbeelden zien van de gereedschappen die gebruikt worden om de prints te maken en enkele voorbeelden van eindproducten.

3. Spuitgieten

Spuitgieten is materiaalefficiënter en produceert minder afval dan 3D-printen. Het is gedetailleerd en precies en bespaart op productiekosten door automatisering.

Bij kunststof spuitgieten worden thermoplastische polymeren, meestal in korrelvorm, gesmolten en in een mal geïnjecteerd. Het plastic vult het lege gedeelte van de mal, het zogenaamde holtebeeld.

Het gesmolten plastic of hars neemt de vorm van de mal aan wanneer het stolt.

De mal hoeft niet extern gekoeld te worden, wat tijd bespaart en de productiekosten aanzienlijk verlaagt. Spuitgieten is snel en efficiënt met minimale verspilling, waardoor het een fantastisch alternatief is voor 3D printen.

Praktisch gebruik van kunststof spuitgieten

Voorbeelden van spuitgegoten producten zijn onder andere (maar niet beperkt tot):

• Legoblokken
• Elektrische printplaten
• Spuiten en andere medische apparatuur
• Wegwerpbestek

NYC CNC geeft een diepgaande, stapsgewijze kijk op hoe spuitgieten werkt, die je kunt bekijken via de onderstaande link.

4. Thermovormen

Thermovormen, beter bekend als vacuümvormen, is een proces waarbij een kunststofplaat wordt verwarmd en over een mal wordt geplaatst. Een vacuüm trekt dan de lucht uit de mal, waardoor de plastic vorm overblijft of de plaat afkoelt om te stollen in de vorm van de mal.

Er zijn verschillende methoden om te thermovormen:

• Vacuümvormen
• Drukvormen
• Mechanisch vormen
• Draperen vouwen
• Overeenkomende vormen
• Dubbele plaatvorming
• Vorming van golven

Voor meer informatie over hoe elk van deze processen werkt en voor welke functies ze het best geschikt zijn, bekijk je deze gids over thermovormen.

De structuur wordt dan bijgesneden tot de juiste vorm en afmetingen, een relatief snel en eenvoudig proces. De kunststof platen bestaan meestal uit de volgende materialen:

• Polypropyleen (PP)
• Polyethyleentereftalaat (PET)
• Polystyreen (PS)
• Polyethyleen met lage dichtheid (LDPE)
• Hoge dichtheid polyethyleen (HDPE)
• Cellulose acetaat
• Acrylonitril-butadieen-styreen (ABS)
• Polymethylmethacrylaat (PMMA)
• Polycarbonaat (PC)

Degenen die bekend zijn met 3D printen zullen veel van deze materialen herkennen, omdat ze veel gebruikt worden voor het maken van 3D print filamenten.

Ze zijn kosteneffectief, gemakkelijk om mee te werken en produceren stevige afdrukken, ongeacht de grootte of het detail.

Praktische toepassingen van alternatieven voor 3D printen

Deze methoden en materialen produceren snel structuren van hoge kwaliteit, net zo duurzaam als producten die met 3D-printen zijn gemaakt, zo niet duurzamer. 

3D printen is al heel lang een methode om waardevolle onderdelen en voorwerpen te maken, variërend van accessoires voor ruimtereizen tot miniatuurfiguurtjes. Naarmate de tijd verstrijkt, vinden we nieuwe manieren om materialen constructief te gebruiken met minder verspilling.

3D printers zijn op weg naar een milieuvriendelijkere manier van werken door gebruik te maken van plantaardige materialen en papier als nieuw printmedium. Deze materialen moeten echter nog hun definitieve vorm krijgen, dus voorlopig zitten we opgescheept met synthetische of chemisch gebalanceerde thermoplasten. Ook gaan er uren van productiviteit verloren met wachten tot 3D printers klaar zijn met hun taken, terwijl de alternatieven hetzelfde werk in enkele minuten kunnen doen.
 Over het geheel genomen is er een heel mooie toekomst voor elk 3D printalternatief dat hier wordt genoemd. Alleen al in de afgelopen vijf jaar hebben wetenschappers met grote sprongen vooruitgang geboekt om 3D printen uit te faseren en een nieuw en duurzamer tijdperk van printen te introduceren.