Toepassingen van 3D-printen: 10 toepassingen en voorbeelden

3D-printtoepassingen

3D afdrukken 3D-printen gaat niet langer alleen over snelle prototyping. 3D-printen wordt op grote schaal toegepast in de maakindustrie, in talloze toepassingen, waaronder 10 veelvoorkomende voorbeelden die in dit artikel worden belicht. Voorbeelden hiervan zijn het 3D-printen van ruimtevaartonderdelen, spuitgietmatrijzen, auto-onderdelen en medische implantaten. 

In essentie is 3D-printen, ook wel additieve productie genoemd, het laag voor laag produceren van fysieke onderdelen op basis van digitale 3D-modellen. Ingenieurs kunnen kiezen uit categorieën zoals materiaalextrusie, poederbedfusie, vatfotopolymerisatie, materiaaljetting en bindmiddeljetting.  

Bedrijven kunnen profiteren van het identificeren van deze 3D-toepassingen, omdat elke branche gebruikmaakt van een specifieke technologie. Als het gaat om materiaalvariëteit, is FFF een voorkeurstechnologie; SLA is geschikt voor toepassingen met gedetailleerde ontwerpen; materiaaljetting zorgt voor een gladde afwerking, enzovoort.  

Het afstemmen van een 3D-printtechnologie op een industriële toepassing is een belangrijke zakelijke beslissing die de soepele bedrijfsvoering en de winstgevendheid kan beïnvloeden. Daarvoor is deze gids over 3D-toepassingen bedoeld. Lees verder en ontdek 10 industriële toepassingen en de technologieën die daarbij aansluiten.  

Wat is 3D-printen?

3D-printen is het laagje voor laagje opbouwen van een fysiek onderdeel op basis van een digitaal 3D-model. Het wordt ook wel "additieve productie" genoemd vanwege het opeenvolgend karakter. 

Basisprincipes van 3D-printen

Hoewel er verschillende soorten 3D-printtechnologieën bestaan, is de meest bekende FDM (Fused Deposition Modeling) of FFF (Fused Filament Fabrication). De 3D-printer beweegt langs de X-, Y- en Z-assen. De X-as is voor de beweging naar links en rechts, de Y-as voor de beweging naar binnen en buiten, en de Z-as voor de beweging omhoog en omlaag. Het aanvoeren, verwarmen en extruderen van het filament, zodra het zich op de bouwplaat hecht, wordt mogelijk gemaakt door verschillende printercomponenten. De belangrijkste hiervan zijn het verwarmingsblok, de nozzle, de extrudermotor en de besturingsprintplaat. Meer vocabulaire en terminologie met betrekking tot 3D-printen zijn vastgelegd in ISO/ASTM 52900:2021(en), waarin de algemene principes van additieve productie worden beschreven.1]

Tolerantie en nauwkeurigheid bij 3D-printen 

3D-tolerantie en nauwkeurigheid

Precisie is van essentieel belang bij 3D-geprinte onderdelen, met name voor sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, de gezondheidszorg en de automobielindustrie. Elk geprint onderdeel moet aan de specificaties voldoen en aan de productienormen voldoen. Met behulp van geavanceerde technologie en innovatieve strategieën kan aan de precisie-eisen van verschillende industrieën worden voldaan. 

Hieronder vindt u een tabel met de toleranties voor veelgebruikte 3D-printtechnologieën..  

Let op: dit zijn geen vaste toleranties. De daadwerkelijk haalbare 3D-tolerantie is afhankelijk van het materiaal, de mogelijkheden van de machine en de nabewerking. 

Boda biedt op maat gemaakte 3D-geprinte onderdelen en producten met hoge precisie en detail, zowel voor prototyping als voor grootschalige productie, met nauwkeurige toleranties van ± 0.025 mm. 

Informeer naar onze 3D afdrukken Service nu. 

Redenen waarom 3D-printen populair is – Voordelen

3D-toepassingen zijn de laatste tijd steeds populairder geworden in diverse sectoren vanwege voordelen zoals materiaalvariëteit, complexe producten, isotrope mechanische eigenschappen en gladde afwerkingen. Deze voordelen kunnen worden geoptimaliseerd, afhankelijk van het type 3D-printer dat wordt gebruikt, zoals hierna wordt uitgelegd. 

Materiële verscheidenheid – De grote variatie aan materialen bij 3D-printen is vooral merkbaar bij FFF (Fused Filament Fabrication). Dit is een prioriteitstechnologie als u meerdere soorten 3D-geprinte producten wilt produceren. FFF is bovendien betaalbaar en gemakkelijk op te schalen, waardoor uw projectcapaciteiten kunnen worden beheerd. 

Ingewikkelde producten – Met 3D-printen kunnen complexe onderdelen moeiteloos worden gemaakt. De SLA-technologie (stereolithografie) beschikt over deze mogelijkheid. Dit voordeel komt goed van pas bij de productie van sieraden. 

SLA 3D-geprinte sieraden

Het is echter geen vanzelfsprekendheid dat een complex onderdeel gemakkelijk te produceren is. De algehele produceerbaarheid van een onderdeel hangt af van de ontwerpbenadering, de ondersteunende structuren, de materialen en de nabewerkingsstappen. 

Isotrope mechanische eigenschappen – Hoge isotrope mechanische eigenschappen betekenen dat 3D-geprinte onderdelen in alle richtingen goede mechanische eigenschappen hebben. Dit voordeel is vooral te zien bij de SLS-technologie. 

Gladde afwerkingen 3D-geprinte onderdelen hebben ook een gladde afwerking. Dit is een opvallende eigenschap van onderdelen die geprint zijn met de materiaalstraaltechniek.

10 belangrijke toepassingen van 3D-printen 

Zoals hieronder besproken, zijn de belangrijkste toepassingen van 3D-printen snelle prototyping, gereedschap, lucht- en ruimtevaart, automobielindustrie en industriële eindproducten. Andere toepassingen zijn spuitgietmatrijzen, medische/tandheelkundige implantaten en apparaten, beugels en kronen, consumentenproducten en onderwijs & onderzoek. 

1. Snelle prototyping

Rapid prototyping is het snel omzetten van CAD-ontwerpen naar fysieke modellen. 3D-printing stelt ingenieurs in staat om pasvorm, vorm en functionaliteit al vroeg in het ontwerp- en productieproces te testen. Door fouten vroegtijdig te ontdekken, kunnen aanpassingen worden doorgevoerd voordat er in gereedschap is geïnvesteerd.

2. Gereedschap, mallen en opspaninrichtingen

Het belang van mallen en opspaninrichtingen voor nauwkeurigheid en herhaalbaarheid tijdens de productie kan niet genoeg benadrukt worden. Dankzij 3D-printen als alternatief voor machinale bewerking kunnen fabrikanten deze onderdelen sneller en tegen lagere kosten produceren. Dit is met name zinvol voor kleine series en gespecialiseerd gereedschap. 

3D-geprinte mallen en hulpstukken

3. Ruimtevaartcomponenten

Veelvoorkomende 3D-geprinte onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart zijn behuizingen, luchtkanalen, brandstofinjectoren en beugels. Fabrikanten gebruiken additive manufacturing voor dergelijke onderdelen om de initiële investering in gereedschap, die gepaard gaat met spuitgieten, te vermijden. 

3D-geprinte brandstofinjectoren voor raketten

4. Onderdelen voor de automobielindustrie en aanverwante industrieën

Of het nu gaat om maatwerk of vervanging, de productie van auto-onderdelen kan een enorme investering in gereedschap vooraf vergen. 3D-printen in de automobielsector Oplossingen, snelle ontwerpiteraties en korte productieruns kunnen praktischer worden uitgevoerd dan met spuitgieten. Fabrikanten van auto-onderdelen maken gebruik van deze mogelijkheid om hun bedrijfsvoering te verbeteren. 

Bijvoorbeeld, het complex maken 3D-geprinte motoronderdelen Kan binnen enkele uren worden voltooid. De exacte productietijd is afhankelijk van de grootte van het onderdeel, het materiaal, de printtechnologie en de nabewerkingsvereisten.

5. Industriële eindproducten 

In tegenstelling tot prototypes worden eindproducten direct en praktisch in machines en apparatuur gebruikt. Wanneer deze onderdelen complex zijn en in relatief kleine aantallen nodig zijn, is het economisch gezien voordeliger om additive manufacturing te gebruiken dan conventionele methoden. 

6. Medische/tandheelkundige implantaten en hulpmiddelen

Protheses, implantaten en andere patiëntgerelateerde hulpmiddelen moeten nauwkeurig worden ontworpen en geproduceerd om aan de eisen te voldoen. De dimensionale nauwkeurigheid van 3D-printen biedt op maat gemaakte, veilige oplossingen die voldoen aan de eisen op het gebied van patiëntveiligheid. Gangbare, standaard medische hulpmiddelen bieden mogelijk niet hetzelfde serviceniveau. 

Medisch 3D-printen

Bovendien vereisen de onderdelen, afhankelijk van de toepassing, de juiste validatie, testen en naleving van de regelgeving. ISO 13485 is een van de raamwerken die fabrikanten helpen bij het waarborgen van traceerbaarheid en kwaliteit in de productie.2]

7. Tandheelkundige beugels en kronen 

De tandheelkundige en orthodontische sector is ook een grote markt voor 3D-printing, met name voor aligners en kronen. De technologie voldoet aan de precisie-eisen die deze onderdelen stellen. Geavanceerde tandheelkundige laboratoria kunnen 3D-printingtoepassingen gebruiken voor zowel maatwerk als standaardoplossingen. 

8. Consumentenproducten 

Het scala aan consumentenproducten dat 3D-geprint kan worden is enorm, het omvat onder andere brillen en schoenen. Omdat er geen gereedschapskosten zijn voor spuitgieten, kunnen zelfs kleinere bedrijven hun producten personaliseren en onderscheiden zonder dat dit financieel zwaar weegt. 

9. Onderwijs en onderzoek

In de academische wereld en het onderwijs wordt 3D-printen gebruikt voor de productie van laboratoriumapparatuur, modellen en prototypes. Deze producten stellen onderzoekers en studenten in staat om te interageren met objecten en processen die in de praktijk van de techniek worden gebruikt. 

10. Defensie- en militaire toepassingen

3D-printen is een populaire methode binnen defensie- en militaire organisaties voor de productie van kleine series onderdelen en onderdelen voor veldreparaties. De oplossing is cruciaal bij operaties op afgelegen locaties, waar de snelheid waarmee een onderdeel vervangen kan worden belangrijker is dan conventionele leveringsmethoden. 

3D-printen in dronetechnologie

Vergelijkingstabel voor toepassingen en 3D-printtechnologieën

Deze tabel koppelt 3D-printtoepassingen aan de ideale technologie en de redenen voor deze combinaties. 

Belangrijkste 3D-printtechnologieën 

De belangrijkste 3D-printtechnologieën zijn materiaalextrusie (FDM/FFF), poederbedfusie (PBF), vatfotopolymerisatie (SLA, DLP, LCD), materiaaljetting (PolyJet, MultiJet), bindmiddeljetting, plaatlaminering en gerichte energieafzetting (DED). 

De onderstaande tabel geeft een overzicht van de materialen en toepassingen die bij elk van deze technologieën horen. 

Duurzaamheid van 3D-geprinte onderdelen

De duurzaamheid van 3D-geprinte onderdelen hangt af van het materiaal, de temperatuur in de printkamer, de software-instellingen, het ontwerp van het onderdeel en de nabewerkingen. Nylon 12 Tough Powder (SLS) is bijvoorbeeld zeer duurzaam dankzij de hoge structurele sterkte, slagvastheid en vervormbaarheid. Het wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie voor onderdelen zoals brandstoftankaansluitingen en brandstofleidingen.

Tegelijkertijd moeten de instellingen van de 3D-software de gewenste duurzaamheid garanderen. De materiaaldichtheid en de laagrichting zijn met name cruciaal voor de integriteit en duurzaamheid van de onderdelen. 

Kosten gerelateerd aan 3D-printen

Factoren die bijdragen aan de kosten van 3D-printen zijn de complexiteit van het ontwerp van het onderdeel, de materiaalkosten, het ordervolume, de 3D-printtechnologie en de vereisten voor nabewerking. 

Hieronder leggen we uit hoe elk van deze factoren werkt.

Complexiteit van het onderdeelontwerp – Complexe interne geometrieën vergen meer tijd om te printen, waardoor de kosten stijgen. Ook de ondersteunende structuren en wanddikte bepalen de hoeveelheid gebruikt materiaal, wat van invloed is op de kosten van 3D-printen. 

Materiaalkosten – De hoeveelheid materiaal, het type materiaal en de hoeveelheid afval tijdens het printproces hebben direct invloed op de kosten. Wat betreft het materiaaltype zijn metalen doorgaans aanzienlijk duurder dan kunststoffen. 

Bestelvolume – Schaalvoordelen betekenen dat grotere bestellingen doorgaans lagere kosten per onderdeel met zich meebrengen. 

3D-printtechnologie Sommige 3D-printtechnologieën zijn kosteneffectiever dan andere. De DMLS/SLM (Metal)-technologie is duurder vanwege de specialisatie, terwijl FDM doorgaans de laagste kosten per uur biedt. 

Industriële FDM 3D-printing

Vereisten voor naverwerking – Deze eisen omvatten het verwijderen van ondersteuningsstructuren, reinigen, oppervlakteafwerking, uitharding en schilderen/coaten. 

Onderhoud van 3D-printers

Optimale prestaties van 3D-printers zijn niet alleen afhankelijk van een goede keuze van apparatuur, maar ook van professioneel onderhoud, dat het volgende inhoudt:

1. Dagelijks onderhoud – Reiniging van de spuitmond, nivellering van het printbed en smering van de rails 
2. Wekelijks onderhoud – Riemspanning, firmware- en software-updates, reiniging van het filtersysteem
3. Maandelijks onderhoud – Controle van elektrische aansluitingen, kalibratie van sensoren, reiniging/vervanging van de verwarmingselementen 
4. Predictief onderhoud – Analyse van historische prestatiegegevens en realtime sensorgegevens

Toekomstperspectief van 3D-printtoepassingen 

In de toekomst zullen 3D-printtoepassingen zich richten op kostenminimalisatie, snellere productie en hogere duurzaamheid. Deze ontwikkelingen zullen leiden tot technologische vooruitgang, integratie van de toeleveringsketen en de grootschalige toepassing van 3D-printen in de maakindustrie. 

In Conclusie 

Anders dan in de begindagen van 3D-printen, reiken de huidige 3D-toepassingen veel verder dan prototyping. Echte 3D-toepassingen zijn te vinden in belangrijke sectoren, waaronder de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie, de tandheelkunde, consumentenproducten en defensie. 

Of je nu kiest voor SLA, binder jetting of FFF, de 3D-printtechnologie moet aansluiten bij de precisie-eisen, het gebruikte materiaal en het productievolume. Additieve productie is uw snellere en kosteneffectievere methode voor complexe eindproducten, gereedschappen voor kleine series, snelle prototyping en andere 3D-printtoepassingen die in dit artikel worden belicht. Welk onderdeel wilt u laten produceren? Upload uw ontwerp en laat onze engineers het beoordelen. Wij adviseren u de juiste 3D-printtechnologie op basis van maakbaarheid en kosten. U ontvangt tevens een gratis offerte.

Ontdek onze 3D-afdrukservice En begin vandaag nog het gesprek!

Veelgestelde vragen

Zal 3D-printing andere conventionele productieprocessen vervangen?

Niet helemaal. 3D-printen is vooral een aanvullende technologie, met name bij complexe geometrieën, kleine productieruns en op maat gemaakte onderdelen. Het zal waarschijnlijk vaker voorkomen in hybride productieomgevingen, waar additive manufacturing en traditionele methoden naast elkaar bestaan. 

Welke materialen zijn geschikt voor 3D-geprinte prototypes?

Het scala aan materialen dat geschikt is voor 3D-metaalprinten is beperkt, doorgaans tot aluminium AlSi10Mg, roestvrij staal 316L, Inconel 718 en titanium Ti-6Al-4V. Deze materialen worden meestal verwerkt met behulp van de DMLS-methode. 

Is 3D-printen kosteneffectiever dan CNC-bewerking?

Het hangt af van het volume en de geometrie. 3D-printen is kosteneffectiever voor kleine series van complexe onderdelen, omdat er geen gereedschapskosten zijn. Naarmate de volumes toenemen, wordt CNC-bewerking steeds kosteneffectiever. 

CNC-bewerking is ook een betere investering voor sterkere en nauwkeurigere onderdelen, ongeacht de bewerkingskosten. 

Welke 3D-printtechnologie is het meest geschikt voor functionele onderdelen? 

DMLS en SLS zijn de populairste 3D-printtechnologieën voor functionele onderdelen vanwege hun superieure dimensionale stabiliteit en mechanische sterkte. SLS wordt bijvoorbeeld veel gebruikt voor de productie van tandheelkundige modellen. 

Referenties 

[1]https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso-astm:52900:ed-2:v1:en 

[2]https://www.iso.org/iso-13485-medical-devices.html