Aangepaste lasersnijder print 3d-objecten met poeder

Onderzoekers van Rice University in Texas hebben een lasersnijder omgebouwd tot een open source selective laser sinter-platform. Met de omgebouwde lasersnijder kunnen 3d-objecten gevormd worden uit poeders of kleine bolletjes van plastics en biomaterialen.

Het platform met de naam OpenSLS kost volgens de onderzoekers vele malen minder dan een normale 3d-laser-sinter. Omdat het platform open source is, kunnen onderzoekers makkelijker hun eigen materialen gebruiken met zeer specifieke eigenschappen, zoals biomaterialen.

Met OpenSLS kunnen structuren in nylons in de sub-millimeter-regionen gesinterd worden. Ook hebben de onderzoekers in hun paper op Plos ONE laten zien dat het mogelijk is ondersteunend materiaal te printen voor toepassingen waarbij zich later botweefsel moet vormen in een levend organisme.

Selective laser sintering bestaat al meer dan twintig jaar en is praktisch voor het vormen van grote overhangende delen en fijne vertakkingen in 3d-geprinte onderdelen. Bij sls wordt met behulp van een laser poeder gesmolten tot een vast product. Het sinterpoeder wordt via een tafel omhooggeduwd, terwijl een tweede tafel omlaag zakt, waar het model zich vormt. Steeds wordt het sinterpoeder met een rol over de tafel waar het model zich vormt uitgeveegd, waarna de laser het poeder op de juiste plek aan elkaar smelt.

Bron: PLOS One

De onderzoekers waren op zoek naar een sls-systeem waarbij ze hun eigen materialen konden toevoegen, iets wat bij in de handel verkrijgbare machines vaak lastig is. Met de door het team gebouwde sintermachine, kon ook geëxperimenteerd worden met biomaterialen in plaats van alleen specifieke materialen, zoals plastics of metalen.

OpenSLS moet sinteren binnen bereik van laboratoria brengen. Alle hardware-ontwerpen en software-aanpassingen zijn terug te vinden op GitHub. De laser van de snijder heeft de juiste golflengte, rond de 10 micrometer, waardoor het makkelijk is om een lasersnijder om te bouwen.

Reacties (48)

Het enige waar ik echt in geinteresseerd ben nu is metalen voor thuisgebruik: plastics kan al een tijd, op verschillende manier, biomateriaal is niet mijn ding, maar metalen, voor echte gebruiksvoorwerpen? Laat maar komen.

Zal dan wel flinke stroomvreter worden. Nozzle paar uur lang op hele hoge temperaturen houden om metalen snel 'on demand' te smelten.

3D metaal printers bestaan al jaren. Deze werken (althans de gene geschikt voor metalen met hoge smelttemperaturen) net zoals het bovenstaande concept met poeders. In de technische wereld wordt dit ook wel 'additive manufacturing' genoemd en wordt o.a. al toegepast bij general electric voor het produceren van turbinebladen.

Deze poeders worden, laag voor laag, plaatselijk aan elkaar gesmolten (gesinterd als het ware) met behulp van een krachtige laser. Ondanks het gebruik van een nozzle zijn dit dus alsnog flinke stoomvreters en is het poeder ook niet bepaald goedkoop waardoor dit nog niet in het bereik van de consument ligt. Om verder nog wat toe te voegen waarom:

Naast het stroomverbruik en de benodigdheid van relatief exotische legeringen zit er o.a. nog één groot nadeel aan. Je product wordt tijdens het maken continue enorm veel opgewarmd en afgekoeld. Hierdoor krijg je bij staal een zeer ongewenste metaalstructuur wat erg hard en bros is (min of meer vergelijkbaar met keramiek). Voor het maken van een schroevendraaier zal dit niet zoveel uitmaken en maakt de punt zelfs slijtvaster maar voor de wat intensiever belaste producten wel. Wat ze bij general electric doen is het product nog een warmte behandeling geven, iets wat bij jou thuis niet mogelijk is. Daarnaast zijn de productafmetingen lang niet zo nauwkeurig dan bij frezen mogelijk is.

Echter kan een 3D metaal printer, indien goed toegepast, alsnog een enorme aanwinst voor je bedrijf zijn. Bij general electric gaat het produceren van de turbinebladen een stuk sneller doordat er niet zoveel gefreesd hoeft te worden, het overgebleven metaalpoeder kan zo weer opnieuw gebruikt worden. Daarnaast bied de printer natuurlijk geweldige mogelijkheden wat betreft 'rapid prototyping'. Ik denk echter dat er nog een lange weg te gaan is voordat je eentje in de schuur naast de grasmaaier vind.

Hier kan je zien hoe zo'n printer werkt

Het produceren van een turbineblad bij GE

[Reactie gewijzigd door PBskill op 22 februari 2016 23:43]

Top post.

Maar dat wist ik al Toen ik jaren geleden werktuigbouwkunde studeerde liep ik stage bij een bedrijf dat de eerste 'rapid prototyping machines' (zoals die toen nog heette) aan TNO leverde.

Zelf print ik ook al jaren 3D, maar m'n metalen stuur ik naar Shapeways omdat je, zoals ik al zei, geen thuis-3d-metaal printers hebt. Inderdaad vanwege de (bij mijn weten altijd) benodigde autoclaaf behandelijk na afloop; wat je al soort van uitlegde (maar denk ik niet voor iedereen duidelijk) is dat bij metalen er een poeder gesintert wordt op precies de manier die beschreven wordt in dit artikel. Maar de resulterende constructie is nog heel bros en kruimig. Om een solide metalen object te krijgen moet je het flink verhitten zodat de losse, gesinterde korrels versmelten ... en daar heb je die autoclaaf voor nodig (niet alleen bij GE, maar bij mijn weten alle metalische sinter methodes doen dit).

Zoals ik al zei, top post, maar dit even ter toevoeging/uitweiding

Klopt, goede toevoeging ! Ik wou niet een al te groot verhaal neerzetten aangezien dit slecht een reactie was .Als zo'n product rechtstreeks uit de printer komt heb je natuurlijk ook ontzettend veel plekken waar ook eventuele kerfvorming kan optreden en de veel kleine kristallen met veel (zwakke) kristalgrenzen. Als wtb'er in opleiding vind ik dit toch zeer interessante techniek, door de mogelijkheden die het bied, maar ook doe problemen die het met zich meebrengt.

Dank voor de achtergrond informatie. Ik wist wel dat ze bestonden, en je eind van het jaar een flinke bak geld mag gaan bijbetalen bij je jaarafrekening. Vandaar mijn reactie. Maar het is wel logisch wat je zegt, de samenstelling van het metaal (ongeacht wat voor metaal) veranderd bij het continu in delen verhitten.

Een hele simpele vergelijking; daarom is meermaals invriezen van eten funest voor de smaak en kwaliteit. De structuur van het eten veranderd continu, waardoor er na veelvoudig invriezen weinig van de originele structuur overblijft, wat de smaak en versheid van het eten sterk ten nadele komt.

Geld overigens ook voor water meermaals koken, nooit doen. Na één keer koken veranderd de samenstelling tot zover, als je het weer kookt gaat het zo ver achteruit dat het gewoon erg slecht voor de gezondheid is. (Ik ken iemand die de water koker meermaals aanzet tussen bakjes thee/oploskoffie door, héél slechte gewoonte.)

Je zit heel erg in de buurt wat betreft de metalen . De rede dat ik hier specifiek op staal inging was omdat de vaste fase van staal verschillende kristalstructuren kent; dat wil zeggen verschillende manieren waarop ijzer- en koolstofatomen met elkaar verbonden zijn. Wanneer staal wordt verwarmd tot boven 727°C ontstaat er een kristalstructuur genaamd austeniet. Hierin kan relatief gezien zeer veel koolstof in oplossen (want het moet ergens naartoe). Echter onder deze temperatuur is deze structuur niet meer mogelijk en wil er ferriet (zeer weinig koolstof oplosbaar) en cementiet (een verbinding tussen ijzer en koolstof) ontstaan. Echter als het staal enorm snel wordt afgekoeld krijgt het koolstof geen tijd om uit het ijzer te diffuseren en ontstaat er martensiet. Tieten terzijde, dit is dus een zeer onnatuurlijke kristalstructuur en het staal wil eigenlijk helemaal niet zo zijn. Hierdoor zijn er veel interne spanningen in het materiaal en breekt het makkelijk.

Nou waarom specifiek staal? Deze kristalstructuren zijn eigenschappen van een stof. Neem messing, of eigenlijk gewoon koper met zink. Koper kent in vaste fase met tot 32% zink opgelost maar één kristalstructuur. Dit betekent dus dat je het zoveel kan opwarmen en afkoelen als je maar wilt maar de structuur zal er niet op achteruit gaan.

Wellicht interesseert dit je geen donder maar nu weet je in ieder geval wat er precies gaande is met dat 3D metaal printen .

Is juist wel interessant. Daarom weet ik zelf ook wel het een en ander, maar niet tot in de details voor metalen :-P. Dus nogmaals dank voor uw toelichting, zo leren we altijd weer wat. (Het is niet zo dat ik ineens denk; verrek ik ga dat eens opzoeken, maar als je tenminste het respect kan opbrengen om iemands reactie te lezen en er wat vanop te steken, is dat wel zo netjes met dergelijke inhoudelijke reacties)

Meermaals koken ongezond?
https://waterbedrijfgroningen.nl/organisatie/nieuws/kan-je-water-welniet-vaker-koken/

Ah dan is dat dus amper een half jaar geleden ontkracht. Weer wat geleerd 😊.

tot dusverre dat waterkokers als ze niet geheel van metaal zijn allerlei chemische stoffen uit het plastic in je water lekken bij hogere temperaturen. En als je dan continue het water aan het opwarmen bent is dat nog nét even een stukje slechter dan vers water opwarmen in het zelfde apparaat.

Daarom gebruik ik ook exclusief roestvrijstalen kokers al jaren lang. Weer een zorg minder

Logisch inderdaad. Ach voor die enkele keren dat die bij mij staat te pruttelen in de week valt het nog wel iets mee :-P.

Anders zouden de mensen met een Cooker in hun keuken niet oud worden. Dit ding warmt continu het water op tot kookpunt ( in het reservoir in je keukenkastje) om snel kokend water te leveren.

Ik ben vooral verast dat het waterbedrijf het nodig vond een deskundige in te schakelen voor dat soort onzin...

Dat valt mee hoor. De betreffende medewerker werkt op het lab wat gevestigd is op het terrein van een pompstation van het betreffende waterbedrijf. Datzelfde lab was tot enige jaren geleden op papier onderdeel van hetzelfde waterbedrijf en is dat in de praktijk nog steeds. Ze hebben dus gewoon een ter zake kundige collega gevraagd.

Schroevendraaiers worden ook gehard, anders kun je ze na een dag wegflikkeren

Goed punt, daar heb je helemaal gelijk in. Ik heb het aangepast in het verhaal.

Nou, chineze schroevendraaiers bij de alom aanwezige chinese "alles in 1 winkels" in Spanje niet hoor haha. Daar draai je letterlijk één schroef half mee in, en dan is je platbek niet meer zo plat, en je philips is een torx geworden En toch blijven mensen stug ze kopen...

Je kunt op shapeways metalen laten printen. Nog best te doen tov laten frezen

Ja zelfs je 3D design laten printen in metalen als goud. Best gaaf zulke diensten als je ooit echt een origineel cadeau wilt doen aan de partner.

Klopt, het gebeurt alleen wel een beetje anders dan deze techniek: Ze printen eerst een model in was, daar wordt dan een mal van gemaakt en daar wordt het metaal in gegoten.

Op zich prima maar het heeft wat nadelen ten opzichte van wat je kan maken, zo kan je geen objecten maken die 'los liggen' binnen een groter object wat bij SLS wel kan. Bijvoorbeeld het bekende 'vogeltje in het kooitje'.

Het gebeurd op verschillende manieren bij shapeways afhankelijk van het materiaal
Aluminium word namelijk wel degelijk op deze manier gedaan.

Aluminum is the only metal we offer that is fused and melted using a laser from a bed of metallic powder. The 3D printing process is called selective laser melting.

Fabrication takes place on a build platform with supports to anchor the part. A bed of aluminum powder sits above a build platform. One layer at a time, the powder is melted by a high powered laser. The melted powder is quickly cooled to solidify the metal. To form the next layer, the build platform is lowered and a new layer of powder is distributed with a coater. This process is repeated layer by layer until the part is complete. Horizontal areas and edges print with an automatically generated support structure to prevent the feature from sagging into loose powder. The support is then removed and polished away from the part during post-processing.

Selective laser melting is unique because the high power laser provides enough energy to heat the aluminum powder above the melting point. This process fully melts the powder rather than just sintering it, creating a solid, homogenous aluminum alloy.

Rvs word niet zo gedaan, maar ook niet zoals jij beschrijft.

To build steel models, special 3D printers deposit small drops of glue onto layers of stainless steel powder, one layer at a time, until the print is complete. We carefully remove these models from the printer. At this stage of the process, the objects are very fragile, similar to wet sand. The models then go through an infusion process that replaces the glue with bronze, creating a full metal product. Models are then processed to achieve your desired finish, sprayed with a sealant, and shipped to you.

Voor thuis zijn die dingen onbetaalbaar, ze kosten een mooie luxewagen om maar iets te kunnen doen., maar ooit gehoord van:
https://i.materialise.com
of
https://www.shapeways.com
?

+1 voor Shapeways.
Mooi initiatief. Veel positieve reviews over gehoord.

Goede ervaringen mee, die dingen in FabLabs zijn niet precies genoeg voor sommige toepassingen, leuk dan voor eerste vingeroefening en definitieve ontwerp via Shapeways. Hollands glorie.

Inderdaad.
Ik heb al enkele dingen gemaakt via shapeways, heel leuke manier van werken ook.
Je stuurt je bestand door en krijgt na enkele seconden te zien of het maakbaar is en tegen welke prijs.
De nadelen zijn wel de verzendkosten en de termijn.

I.Materialise is ook prima, ik heb zelf beiden gebruikt.

I.Materialise heeft een basis-prijs voor plastic polyamide (SLS) objecten van 12,50 dus die is wat goedkoper voor de middelgrote objecten (bij shapeways zijn die duurder omdat de prijs sneller oploopt terwijl i.materialise nog in de basisprijs zit). Bij shapeways zijn de kleine objecten juist weer veel goedkoper omdat die geen vaste prijs voor de eerste paar cm³ hebben.

Voordeel van I.Materialise vind ik ook dat ze contact met je opnemen als een model niet te printen is, en suggesties doen voor het aanpassen. Bij Shapeways is het meer geautomatiseerd (omdat die ook een groter bedrijf zijn). Maar bij hen zijn de inspectietools weer een stuk beter (je kan gelijk een geautomatiseerde analyse zien na het uploaden).

(Ik heb overigens beiden de laatste 6 maanden niet gebruikt omdat ik me meer richt op mijn eigen printer dus wellicht is er het een en ander veranderd sindsdien)

[Reactie gewijzigd door GekkePrutser op 23 februari 2016 10:26]

Koop dan een CNC frees. En als je twijfelt of je daar het beoogde resultaat mee kan halen....3 assen is simpel. Maar ook 4 assen is voor een hobbyist betaalbaar en uitvoerbaar.

@kimborntobewild, De firmware misschien.
Anyhow, mooie techniek.

[Reactie gewijzigd door SSDtje op 22 februari 2016 20:50]

doet me denken aan de 3d suiker printer

Tweaker pur sang

edit. Deze technologieën gaan wel razendsnel, wat is de logische volgende stap?

[Reactie gewijzigd door Burkle op 22 februari 2016 20:30]

Nieuwe waterleiding printen? Echt dingen voor huis klussen?

Volgens mij is het dan sneller om naar de bouwmarkt te gaan en voor een paar € aan koper te halen. Dat lijkt me nou typisch geen usage-case.

Het was slechts een voorbeeld die in me op kwam. (Ben toevallig met badkamer bezig, vandaar)

Denk dat het een stap verder gaat.

Een groot probleem in de hedendaagse economie is het fenomeen https://en.wikipedia.org/wiki/Planned_obsolescence

Maar al te vaak gebeurt het dat er een onderdeel verslijt en dat die of niet verkrijgbaar is of dat je de hoofdprijs betaalt waardoor je de afweging moet maken om weer een nieuwe aan te schaffen.

Een printer kan het een stuk makkelijker maken om dergelijke producten sneller en goedkoper te repareren. Een voorbeeld zijn wasmachine die het begeven, auto-onderdelen die alleen in bepaalde modellen worden gebruikt, etc, etc.

Vooral bij auto’s zie ik potentie erin. Met name als je old-timers rijdt. Was machines is mij in de praktijk erg meegevallen wat er allemaal te krijgen is, desnoods van een defecte donor machine. Bij een old-timer is dat iets minder gemakkelijk danwel kostbaarder.

Selective laser sintering bestaat al meer dan twintig jaar

Wat jij snel noemt. Ik leerde in 2000 hier al over op de universiteit. Zelfde met 3d printen, dat zou toen al een revolutie ontketenen.

Ik zou eerder zeggen dat het langzaam gaat. Iig veel langzamer dan de media / liefhebbers je wilt doen geloven

Zie ook de laatste gerelateerd ;-)

De traagheid komt door de patenten.
De eerste patenten op FDM zijn een paar jaar geleden verlopen, die op SLS vorig jaar.
Sindsdien is het hard gegaan met consumer 3d printen met filament (FDM).

Ik had eigenlijk al eerder een opensource ontwerp voor een SLS printer verwacht. Maar dat is kennelijk complexer dan FDM.

[Reactie gewijzigd door robbio33 op 23 februari 2016 10:11]

Ja alleen voor de consument die ze gebruiken gaat het langzaam de 3D Printen techniek, maar voor de bedrijven niet, de bedrijven die ze gebruiken gebruiken ze al vele jaren.

Maar leuke 3D Printers dit voor de Consumenten, das zeker.

Wat zou er Closed Source moeten zijn bij zo'n printer??

Software? Geen vrije schematics? Geen technische details?

iron man suite, here i come

Waarom z'n kamer en niet z'n pak?

Ik zou wel een batmobiel willen printen lifesize. zo snel als de technieken zich nu verbeteren is dat over een aantal jaar haalbaar en werkend!

Echt super dat de huis-tuin-en-keuken SLS printers nu op gang komen. Het patent op de techniek is ook net verlopen dus er zijn geen bezwaren meer.

Het is een veelbelovende techniek ten opzichte van FDM (de 'lijmpistool' techniek met filament zoals de meeste thuis-3D printers nu gebruiken). Het heeft een aantal grote voordelen waaronder de mogelijkheid om overhangende dingen te printen en holle voorwerpen met dingen er in (al moet je wel een gat overlaten om het overgebleven poeder er uit te kunnen halen). Ook heb je minder last van het typische FDM 'lijntjespatroon'.

Maar met SLS heb je ook wel wat nadelen, zoals het voor SLS typische 'zanderige' uiterlijk (kan soms goed uitkomen maar soms wat minder). En minder dan 100% "infill" gebruiken (dus geen volledig massieve objecten maar met een soort honingraat structuur er in) is wat lastiger met SLS omdat het lastig is om het losse poeder uit objecten te verwijderen, dus je gebruikt wat meer materiaal. En ten slotte is het voor thuis een beetje meer gedoe omdat het poeder van SLS natuurlijk nogal veel rommel kan geven. Je ziet op video's van professionele SLS printers ook de mensen altijd in pakken lopen met enorme 'gasmaskers' op met stoffilters, maar het is me niet duidelijk of dit is omdat het plasticstof echt gevaarlijk is of omdat dit gewoon moet van de arbo als je dag in dag uit hiermee werkt (ivm stoflongen)

Zou 't ook met cocaine kunnen werken? Heb hier nog 1 kilo liggen.

Mocht je denken om er ook een te bouwen. De BOM bevat voor ongeveer USD 8500 aan materiaal waarvan USD 7.500 voor de laser cutter.....

Dan maar geen laser maar poeder met binder zoals dit model http://ytec3d.com/plan-b/