Persoonlijke instellingen

3D/RM, CAD-ontwerp

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Hans van de Burgt - Update door Fred Eikelboom


3D-printen

Wanneer u normaal een pagina afdrukt, spuit een inkjet of laser een minuscuul laagje inkt of toner op het papier. U kunt dat proces herhalen op exact dezelfde plek. Laagje voor laagje, maakt u een figuur steeds dikker. En als u nu eens niet met inkt, maar met andere materialen spuit - die dikker zijn - bijvoorbeeld dunne laagjes kunststof, dan krijgt u een drie-dimensionale vorm. De laatste jaren is er o.a. door TNO veel onderzoek verricht naar de mogelijkheden van 3D-printen, ook wel 3D Rapid Prototyping of 3D Rapid Manufacturing genoemd.

3DRM-01a.png
Afbeelding: 01
1. Printkop   2. Opgebracht materiaal   3. Verplaatsbare plottertafel
Tekening gemaakt door: Shapeways


Diverse methoden

Zeer Klein
Afbeelding: 02
Improved Micro Stereolithografie
Let op de filigrane wenteltrap
Foto gemaakt door: Shapeways


Er zijn inmiddels meerdere wegen die naar Rome leiden. Hieronder geven we een korte beschrijving van de belangrijkste methoden voor 3D-printen.

  • FDM - Fused Deposition Modeling:  In principe is dit een op extrusie gebaseerde techniek.
Op een X/Y-tafel wordt een volledig gesmolten, dun draadje 'model'-kunststof op een plaat uitgeschreven. Zodra een laag volledig is 'uitgeschreven', zakt de plaat in Z-richting naar beneden en wordt een volgende laag weer aangebracht; laag-op-laag ontstaat op deze wijze een model. Volledige vormgevingsvrijheid wordt behaald door gebruik van een tweede materiaal, dat selectief onder overhangende delen wordt geplaatst ter ondersteuning van de overhangende modelgeometrie. De gebruikte materialen zijn vaak ABS en polycarbonaat. De techniek kan, afhankelijk van het machinetype, variëren van het sneller conceptueel bouwen tot het trager bouwen met hoge nauwkeurigheid en resolutie.
  • LOM - Laminated Object Manufacturing:  De LOM-technologie bestaat erin dat verlijmde lagen papier het model vormen. Per laag snijdt een laser de 2D-contour uit papier dat gecoat is met warmtegevoelige lijm. Het overtollige oppervlak van elke laag wordt zodanig in de vorm van een raster gesneden, dat dit overschot nadien in de vorm van blokjes van het model verwijderd kan worden. Doordat het volledige volume gevuld wordt rondom het model, doet dit tevens dienst als ondersteuning voor eventuele overhangende stukken van het model. Deze techniek is geëvolueerd naar het gebruik van plastic folies in plaats van papier om zodoende een steviger model te verkrijgen. De techniek is veel grover dan bij de eerste methode, maar blijkt al gerealiseerd te kunnen worden met machines van ongeveer €5.000,-
  • SLS - Selective Laser Sintering:  Deze techniek levert functionele modellen op. De meest gebruikte materialen zijn polyamide en polycarbonaat. Het materiaal wordt in poedervorm laag per laag opgebouwd. In elke laag wordt een tweedimensionale vorm uitgelijnd via een laser; deze warmtegenerator zorgt ervoor dat het poeder lokaal in fusie gaat en ook dat de lagen onderling op elkaar vasthouden (goed hechten). Elke laag poeder wordt met een roller afgezet bovenop de vorige laag. Doordat de objecten na het bouwen volledig in poeder ingesloten zitten, is er geen aparte ondersteuningsstructuur nodig. Het product heeft een hoge mate van functionaliteit. Met deze methode kunnen heel sterke modellen uit nylon worden vervaardigd.
  • Improved Micro Stereolithografie:  Bij deze methode drijft het te maken object in een bad van vloeistof op een glasplaat. Het object wordt van onder de glasplaat belicht met een krachtige laser, waardoor de vloeistof aan de onderzijde van het object verhardt. Het object wordt laag voor laag omhoog gebracht. Het oppervlak is bijzonder vlak en de detaillering is werkelijk fenomenaal. TNO heeft dit bestaande proces verbeterd: sneller en nauwkeuriger gemaakt.

Doorgaans wordt voor de hierbovengenoemde methoden gebruik gemaakt van extreem dure machines. Een 3D-printer voor industriële toepassingen kost al snel €350.000,-. De laatste jaren komen er echter kleinere en goedkopere machines op de markt. Tussen de industriële 3D-printers en desktop-thuisprinters van bijvoorbeeld Solido of Desktop Factory ligt een wereld van verschil, zowel in kwaliteit als in prijs. Voor veel mensen zal de aanschafprijs van €5.000,- voor de desktop-machines echter nog veel te duur zijn. Maar… daar is inmiddels een oplossing voor: 'printing-on-demand'.


Printing-on-demand

Het bedrijf Shapeways in Eindhoven verwerkt 3D-printverzoeken voor de consument via internet. Binnen tien dagen wordt het product thuis afgeleverd. Op de website van het Nederlandse bedrijf kunnen mensen kiezen: hun eigen ontwerptekening indienen, via een programma op de website iets ontwerpen of uit de galerie een voorwerp halen en dat eventueel aangepast laten printen. Inmiddels is de galerie gevuld met duizenden artikelen.

Shapeways werkt samen met MKB-ondernemers die de beschikking hebben over industriële 3D-printers. Door de vraag van de consument slim te combineren met de machinecapaciteit verspreid over meerdere locaties, ontstaat een efficiënte productieketen. En voor consumenten biedt het de mogelijkheid zelf unieke producten te fabriceren tegen een acceptabele prijs.

Een object laten printen, dat helemaal aan de eigen wensen voldoet, blijkt een groot voordeel te bieden. Inmiddels groeit het aantal mensen uit de spoorweg-modelbouw die aan het 3D-printen slaan. Zij laten door Shapeways treinen, wagens, rijtuigen, huisjes of andere attributen printen voor hun hobby.

Op initiatief van de Stichting Beneluxspoor.Net zijn een aantal modelspoorhobbyïsten, verenigd in de Werkgroep 3D/RM, samen met Shapeways in Eindhoven aan het experimenteren geslagen. In een relatief korte periode heeft dat geleid tot prachtige resultaten.

3DRM-03.jpg 3DRM-04.jpg
Afbeelding: 03 Afbeelding: 04
NS Dg Twee-assige conducteurswagen Station
Foto gemaakt door: Shapeways Foto gemaakt door: Karst Drenth


Voor de modelspoorhobbyïsten zijn er zelfs twee speciale artikelen geplaatst op de website van Shapeways.
Zie hiervoor:

  1. Shapeways BNLS Modeltreinen
  2. Shapeways Gallery (zoek dan de categorie 'modeltrains')


Lijntekening

De grote uitdaging blijkt het maken van de noodzakelijke lijntekening te zijn. De 3D-printers worden aangestuurd op basis van een met CAD/CAM gemaakte ontwerp- of lijntekening. Het gaat dan met name om computerprogramma's die tekeningen kunnen maken in het .STL-formaat.
Een groot obstakel is de prijs van sommige van deze programma's. De laatste tijd komen er echter goedkopere of zelfs gratis varianten op de markt. Een ander probleem is de complexiteit van dergelijke teken-/ontwerptools. Ze zijn doorgaans niet zo eenvoudig onder de knie te krijgen.

3DRM-05.jpg
Afbeelding: 05
Het ontwerp van de kap
Tekening gemaakt door: Frits Westers


De experimenten binnen de Werkgroep 3D/RM van de 'Stichting Beneluxspoor.Net' laten echter zien, dat er oplossingen mogelijk zijn die voor een bredere groep bereikbaar worden. Zo heeft Frits Westers op basis van bovenstaande ontwerptekening een proto laten maken in SLA (Stereo Lythografie). In Nederland (nog) niet officiëel op de markt, maar toch...
Het resultaat is erg fraai geworden: hoge resolutie, hard materiaal, superglad oppervlak enz.

3DRM-06.png 3DRM-07.png
Afbeelding: 06 Afbeelding: 07
Detailopname van de kap Zijaanzicht van de kap
Foto gemaakt door: Frits Westers Foto gemaakt door: Frits Westers


Ook Mitchell Jetten is erg bedreven in het 3D-ontwerpen. Inmiddels heeft hij meerdere ontwerpen gerealiseerd, voornamelijk in schaal N (1:160).

3DRM-08.jpg
Afbeelding: 08
Rijtuigen
Foto gemaakt door: Mitchell Jetten


Lange tijd was het een probleem om met de SLS-methode een stevig model te fabriceren, maar vooral een model met een glad oppervlak. De modellen bleken te korrelig te zijn om er mooie treinmodellen mee te maken. Inmiddels is daar een oplossing voor gevonden.
Frits Westers impregneert zijn modellen met twee-secondenlijm. Dat is simpel: druppel het model vol met twee-secondenlijm. Zorg ervoor dat de lijm die u opbrengt er niet op blijft liggen, de lijm moet er namelijk volledig intrekken.

Let-op.jpg
  LET OP
Let op: twee-secondenlijm is giftig!! Twee-secondenlijm plakt als geen ander en voor u het weet zit u vast! Wees dus erg voorzichtig!

Na deze behandeling is plamuren niet persé nodig. Eventueel gebruikt u een beetje spuitplamuur.
Schuren doet u met waterproof schuurpapier. Het resultaat is buitengewoon fraai.

Zeer Groot
Afbeelding: 09
Links is de korrelstructuurte zien.
Rechts het resultaat na de behandeling met secondenlijm, schuren en in een geelgrijs jasje spuiten
Foto gemaakt door: Frits Westers


Op de foto hierboven ziet u een prototype dat niet met lijm bewerkt is (links). Het model toont duidelijk de lelijke korrelstructuur. Het in geelgrijs jasje gespoten prototype (rechts) is daarentegen wel met lijm bewerkt, en daarna geschuurd. Het verschil is duidelijk.


Verloren wasmethode

3DRM-10.jpg
Afbeelding: 10
Verloren wasmethode
Bron: Shapeways


Tot nu toe worden de 3D-modellen en/of prototypes als 'eindproduct' gemaakt. Een alternatief is de 'verloren wasmethode'. Hierbij wordt op basis van de 3D CAD ontwerptekening een mal geprint in was. Deze mal kan vervolgens gevuld worden met verschillende gietmetalen, waaronder messing of Zamak.


Toekomst?

De digitale communicatie-revolutie ligt achter ons. Het is tijd voor de volgende... Personal Fabrication. Volgens Neil Gershenfeld van MIT in de USA komt de mogelijkheid to make almost anything, thuis met desktop-machines binnen handbereik, of via printshops zoals Shapeways. Het duurt misschien nog enkele jaren, maar dan kunnen de eerste particulieren het zich veroorloven driedimensionaal (3D) te printen. Deze techniek is dan te gebruiken voor het printen van een echt voorwerp, een beeldje, gereedschap, een theekopje of een modeltrein.


Meer informatie

Beneluxspoor.net
Van lijntekening naar model.
Zelf figuren (poppetjes) in schaal H0 maken.
Printproeven in schaal H0.
Externe websites:
Arjen Sprengers. Verkeerszuilen in schaal H0.
(4C).
Desktopfactory
TNO.
Objet.
CAD-CAM Objecten
BNLS Modeltreinen
Gallery (zoek dan de categorie 'modeltrains')
Spoor Objecten


Bronnen
  • Gerrit Westrup, Rapid Prototyping en ontwerp van 3D-File, St. Jansklooster
  • Neil A. Gershenfeld, The Coming Revolution on Your Desktop--from Personal Computers to Personal Fabrication, 2005



Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende
Contact met de redactie: Contact met de redactie