Grootschalig 3D-printen omvat een verscheidenheid aan technologieën en materialen en wordt op veel gebieden toegepast. In feite is de definitie van "groot" relatief en is er geen vaste norm. Over het algemeen zijn huizen, boten en grote meubels allemaal grote voorwerpen. Grootschalig 3D-printen is stilaan mainstream geworden in de markt nu fabrikanten, artiesten en bedrijven 3D-printen kiezen om aan hun grootschalige productbehoeften te voldoen. Ontwikkelaars doorbreken stap voor stap de grootte van 3D-printers, doorbreken de technische grenzen en printen meer en grotere producten. Dus wat zijn de toepassingsgebieden van grootschalig 3D-printen? Hoe zit het met grote 3D-printers?
De grootte van het product hangt vaak af van technologie en materialen, en het is noodzakelijk om een balans te vinden tussen precisie en grootte, waardoor het kiezen van de juiste 3D-printer een sleutelfactor is voor succes. Software speelt ook een belangrijke rol bij het maken van grote producten, omdat de beste manier om grote objecten te printen vaak is om ze in stukken te printen en in elkaar te zetten. Grootschalige 3D-geprinte producten omvatten, maar zijn niet beperkt tot, de volgende items:
●Displays, rekwisieten en bewegwijzering
● Huizen en architectonische elementen
●Industriële en metalen onderdelen
●Meubels en voertuigen
△Het Naturalis Biodiversity Center in Nederland heeft een eigen 3D-printlaboratorium en heeft met twee Builder Extreme 1500 Pro 3D-printers een replica gemaakt van de Tyrannosaurus rex
●Een dinosaurusmuseum zonder een Tyrannosaurus rex is zeker geen echt museum! Gebaseerd op een 3D-scan van een echt T. rex-fossiel, heeft het Japan Dinosaur Museum de 12-meter lange, 5-meter hoge replica in 3D geprint als een groot deel geprint met behulp van twee Builder Extreme grootschalige 3D-printers met PLA plastic filament.
●Museumconservatoren, ontwerpers van filmsets en rekwisieten, pretparken, fabrikanten van displays voor conferenties en Wereldtentoonstellingen enz. kiezen ook voor grootformaat 3D-printers om de productie te versnellen. Naast snelheids- en kostenvoordelen speelt CAD-software (computer-aided design) ook een rol Groot effect, geen kunstmatige sculptuur of secundaire creatie meer nodig. Bovendien is er een grote verscheidenheid aan materialen beschikbaar, van ultralicht schuim tot extreem duurzaam met koolstofvezel gevuld nylon.
△De kunstenaar bedekt een 3D-geprinte replica van Michelangelo's David van 17-voet hoog, nagemaakt voor Expo 2020 Dubai
●Deze 17-meter hoge 3D-geprinte David van Michelangelo werd tentoongesteld op Expo 2020 Dubai om het toerisme in Florence te promoten. Het is onmogelijk voor een voldoende grote polymeer 3D-printer om een enkele replica te produceren met ultrafijne details, dus werd het opgedeeld in 14 printbare delen en vervolgens met de hand in elkaar gezet, met de gemarmerde buitenkant met de hand beschilderd. Binnenin de 3D-geprinte David zit een roosterstructuur die helpt om het gewicht op slechts 550 kg te houden, maar toch de kracht heeft om goed in te pakken en te verzenden.
△De Duitse Styles Werbetechnik gebruikt grootschalige FDM-printers van Tractus3D om sneller lichtletters te produceren dan traditionele methoden
●Styles Werbetechnik, een Duits productiebedrijf voor bewegwijzering, koos voor grootschalige 3D-printtechnologie om buitenborden te vervaardigen. Het bedrijf wilde niet alleen de productie versnellen, maar wilde ook zelf brieven maken in plaats van te vertrouwen op standaardontwerpen van buitenlandse producenten. Het bedrijf zegt dat het gebruik van polymeer FDM-printen onbeperkte ontwerpmogelijkheden biedt voor de vervaardiging van contourletters. De letterdiepte voor lichtreclame is bijvoorbeeld beperkt tot minimaal 60 mm bij traditionele methoden, maar kan worden teruggebracht tot 30 mm bij 3D-printen. Ze kunnen ook 's avonds en in het weekend draaien, wat de productietijden versnelt, aangezien de 3D-printers tijdens het proces niet hoeven te worden bediend.
△Het Smithsonian Museum heeft 120 levensgrote beelden van vrouwelijke leiders in het STEM-veld in 3D geprint
In 2022 opende het Smithsonian Institution in Washington, DC een tentoonstelling ter ere van vrouwelijke wetenschappers, waaronder 120 levensgrote 3D-geprinte beelden. Genaamd "IfThenSheCan - The Exhibit", is het de grootste verzameling vrouwelijke beelden ooit, die allemaal zijn afgedrukt met behulp van FDM-technologie.
huizen en architectonische elementen
Als het om grootschalige 3D-printprojecten gaat, zijn woningbouwprojecten natuurlijk onmisbaar. Hoewel weinig gebouwen uitsluitend 3D-geprint zijn (waarvoor vaak structurele ondersteuningen nodig zijn of zijn opgenomen, zoals stalen wapening of traditionele houtconstructies), kan 3D-printen dienst doen vanwege de snelheid, arbeidsbesparing en structurele duurzaamheid. Voor thuis en hotel. De wereldwijde 3D-printmarkt voor de bouw zal naar verwachting de komende vijf jaar met bijna 20 procent groeien.
●Het gebouw met twee verdiepingen op de onderstaande afbeelding is gezamenlijk voltooid door architectenontwerp- en ingenieursbureaus Hannah en Cive en Peri 3D Construction, die 3D-printers leverden. Het huis van 4,000-vierkante meter is verkocht aan een anonieme bieder en zal in totaal twee jaar in beslag nemen. Peri's Cobod Bod2-portaalprinter, de toonaangevende printer op het gebied van 3D-printarchitectuur, wordt gebruikt om gespecialiseerde betonmengsels te extruderen om trappenhuizen en andere functionele structuren te creëren, en er is in totaal 330 uur aan dit project geprint.
afbeelding
△Het eerste volledig 3D-geprinte huis met twee verdiepingen in de Verenigde Staten staat in Houston
●Naast het bouwen van gebouwen worden 3D-printers veel gebruikt voor architectonische elementen, waaronder gevels en historische elementen voor restauratie, en voor interieurontwerp, waaronder muren, displays en scheidingswanden. Er zijn zelfs 3D-geprinte vloeren, 3D-geprinte bruggen en 3D-geprinte kunstmatige koraalriffen. Betonachtige materialen zijn niet de enige optie in de bouw, ook polymeren spelen een rol. Branch Technology is gespecialiseerd in grootschalige 3D-printing met behulp van gerobotiseerde polymeerextruders, waarbij alles wordt gemaakt, van sculpturen tot ruimtehabitats. Het innovatieve bouwpaneelsysteem BranchClad opent nieuwe mogelijkheden voor het bouwen van gevels. Kijk maar eens naar het maanoppervlak dat is geïnstalleerd aan de operationele kant van het nieuwe Space Camp van het US Space and Rocket Center (hieronder). Gemaakt met behulp van digitale scans van de maan, vertonen de gevels een verbazingwekkende trouw aan het maanoppervlak. De positieve vorm van het maanpatroon werd 3D-geprint en vervolgens geverfd met stucwerk.
afbeelding
△Branch Technology's nieuwe 3D-geprinte maanmuur is geïnstalleerd aan de zijkant van de US Space en Rocket Center's nieuwe ruimtekampoperatie
Industriële en metalen onderdelen
afbeelding
△Relativity Space's Stargate metalen 3D-printer
●Raketfabrikant Relativity Space beweert dat zijn 3D-geprinte raket Terran 1 de grootste enkele 3D-geprinte structuur ooit is, hij is 35,2 meter hoog en 2,3 meter in diameter. De volgende generatie raket van het bedrijf, de Terran R, is net zo groot. Beide zijn 3D-geprint op eigen metaal met behulp van de Stargate 3D-printer van het bedrijf, met behulp van robotgestuurde energiedepositietechnologie. Relativity Space zei dat het vermogen van de raket om de stress van de lancering te weerstaan een enorme overwinning was, wat de structurele integriteit van zijn metalen 3D-printmethode aantoont.
afbeelding
△Koningin Maxima der Nederlanden heeft de MX3D metalen 3D-printbrug officieel geopend.
●De metalen brug over de Amsterdamse gracht, ontworpen door het laboratorium van Joris Laarman, is geprint door MX3D met behulp van de robotic arc additive manufacturing-technologie. De 12-meter lange roestvrijstalen "slimme brug" bevat een ingebed sensornetwerk om Amsterdamse onderzoekers te helpen de rol van IoT-systemen in de gebouwde omgeving te bestuderen. De constructie is ontwikkeld met behulp van generatieve ontwerp- en topologie-optimalisatietechnieken en is extreem licht van gewicht. De MX3D-brug toont ook de toepassing van 3D-metaalprinten in kunst en beeldhouwkunst.
●Hieronder ziet u nog een MX3D-afdrukwerk dat is geïnstalleerd door kunstenaars Mariagrazia Abbaldo en Paolo Albertelli in Turijn, de koninklijke tuin van Italië. De sculptuur van 880 kg, ook wel "The Whale Passage" genoemd, toont de vinnen van een walvis die vanaf de grond voorbij komt. Alle modellen die tijdens dit project zijn gemaakt, zijn 3D-geprint.
afbeelding
△"Whale Pass" is ontworpen door Mariagrazia Abbaldo en Paolo Albertelli, en 3D geprint door MX3D
●Het 3D-printen van grote metalen kan in veel industrieën worden gebruikt, waarbij bedrijven in de scheepvaart-, olie- en gasindustrie en zware bouwmachines in staat zijn om grote onderdelen sneller te produceren, vaak ter plaatse. De onderstaande scheepsschroef is bijvoorbeeld 3D-geprint met behulp van WAAM-technologie om een bijna-netvormige vorm te produceren, die vervolgens is bewerkt tot nauwere toleranties. In dit geval vervangt WAAM smeden en kan het dichter bij de plaats worden gedaan waar het nodig is, met minder grondstof.
afbeelding
△Deze scheepsschroef is een van de eerste voorbeelden van industriële toepassing van WAAM-technologie
●3D-printen op metaal kan ook het gewicht van onderdelen verminderen, omdat 3D-printen vormen kan produceren die niet kunnen worden bereikt door smeden of gieten. Het onderdeel van het vliegtuiglandingsgestel (hieronder), met afmetingen van 455 x 295 x 805 mm, is 's werelds eerste laserpoederbedfusie 3D-geprint onderdeel, volgens printerfabrikant SLM Solutions. Het onderdeel is niet alleen 15 procent lichter dan traditionele gesmede onderdelen, maar de technologie verkort ook de doorlooptijd. Omdat het onderdeel deel uitmaakt van een systeem dat belastingen van de wielen naar de structuur van het vliegtuig overbrengt, is het voor sterkte gemaakt van titanium. De materiaalkeuze geeft het onderdeel sterke mechanische eigenschappen terwijl het corrosiebestendig is zonder dat een coating nodig is, geprint met een quad-laser SLM 800 3D-printer. "Additive manufacturing helpt tijd te besparen in de kwalificatie- en certificeringsfase door onderdelen snel te leveren om te testen. We zijn in staat om de belangrijkste componenten binnen een paar dagen te produceren. Het gebruik van het smeedproces duurt enkele maanden."
afbeelding
△3D-geprinte onderdelen van het voorste landingsgestel voor privéjets
Het 3D printen van grote mallen voor het gieten van metalen onderdelen is een belangrijke toepassing van grootschalig 3D printen. Voor metalen industriële onderdelen die moeten worden gegoten, is het maken van de matrijs arbeidsintensief en tijdrovend. Met zand-3D-printers kunnen fabrikanten zandgietstukken en mallen direct 3D-printen zonder dat er modellen op ware grootte nodig zijn. De VX4000 van Voxlejet is 's werelds grootste 3D-printer voor zandgieten en maakt gebruik van binderjetting-technologie om niet alleen enorme mallen te produceren, maar duizenden in een enkel printproces.
afbeelding
△Voxlejet's VX4000-printer (Bron: Voxeljet)
meubels en voertuigen
afbeelding
△Een stoel die uit één stuk is vervaardigd met behulp van een WASP 3D-printer.
●Ook interieurontwerpers kiezen stilaan voor grootformaat 3D-printen om complexe ontwerpen en het gebruik van unieke materialen te realiseren. Polymeren, vooral gerecyclede kunststoffen, zijn de meest gebruikte materialen voor 3D-geprinte meubels, maar ook beton en metaal kunnen worden gebruikt. Deze schoolbank op kinderformaat in Gambia (hieronder) is een voorbeeld van 3D-printen dat in een praktische behoefte voorziet. Dit lichtgewicht en duurzame ontwerp kan worden gemaakt van gerecycled plastic, waarmee ook het probleem van plastic afval wordt opgelost. Het model is geprint op een Magnum 3D-printer bij The Industry Sweden in PETG-plastic, dat vaak wordt gebruikt in drankflessen.
afbeelding
△ Prototype bureaus om 3D-geprint schoolmeubelconcept te testen in Gambia, mogelijk met gerecycled plastic
●Er zijn talloze voorbeelden van prachtige 3D-geprinte stoelen en tafels, waaronder de prachtige collectie salontafels van NYXO Visionary Design (hieronder) gemaakt van lichtgewicht geschuimd PLA geprint op een Colossus XS 3D-printer.
afbeelding
△De Primavera sculptuurtafelserie is ontworpen door het in Dubai gevestigde architecten- en productontwerpbureau NYXO Visionary Design en geprint met ColorFabb PLA op een Colossus XS-printer (Bron: Colossus)
Het Guinness Book of World Records binnengaan als zowel de grootste 3D-geprinte boot als het grootste fysiek 3D-geprinte object tot nu toe is de hieronder afgebeelde 3D-geprinte boot, die 7,72 meter lang is. De boot is in 2019 geprint door het Center for Advanced Structures and Composites van de University of Maine. Het is gemaakt van plastic en houtcellulose. Het duurde slechts 72 uur om 3D-printen en weegt 2,2 ton.
afbeelding
△Een volledig 3D-geprinte levensgrote boot geproduceerd door de Universiteit van Maine
●Fietsfabrikanten hebben ook gekozen voor 3D-printtechnologie om lasproblemen in hun productieketen op te lossen. Een 3D-geprint frame uit één stuk bespaart niet alleen tijd, het maakt ook nieuwe ontwerpvrijheid mogelijk, niet beperkt door structurele verbindingen. De fietsenmaker heeft modellen geproduceerd in composieten van titanium, staal en koolstofvezel. De e-bike met stalen frame hieronder van Urwahn is in massa geproduceerd met behulp van 3D-metaalprinten om een balans te vinden tussen vorm, functie, lichtgewicht constructie en materialen. Speciale elastieken aan de achterkant hangen de achterwielen op en zorgen voor een nieuw soort rijcomfort, terwijl het stalen frame de motor en de batterij integreert, zegt het bedrijf.
afbeelding
△Urwahn's 3D-geprinte elektrische fiets met stalen frame
Ontwerptips en software voor grote afdrukken
afbeelding
△Het 30-meter hoge 3D-geprinte beeld is samengesteld uit 365 afzonderlijke 3D-geprinte onderdelen en het duurt 28 uur om elk onderdeel af te drukken op 55 3D-printers
3D-printen uit één stuk is vaak ideaal omdat het montagewerk overbodig maakt, de productie versnelt en de structurele integriteit verbetert omdat er geen naden of oppervlakken zijn. Als het geprinte object echter zo groot is dat u het in meerdere delen moet splitsen, hoe splitst u het model dan op in 3D-afdrukken?
●Om grote 3D-afdrukken te voltooien, kunt u het model rechtstreeks splitsen in CAD-software (zoals Fusion360 of Solid Works), wat het voordeel heeft dat u enkele montage- en uitlijnhulpmiddelen kunt ontwerpen, zoals spijkers, bobbels en groeven, lippen, of gaten en sleuven;
●Als u alleen grote voorwerpen aan elkaar gaat lijmen of schroeven gebruikt (alleen voor sterkere materialen zoals met koolstofvezel gevuld nylon), kunt u het splijten overlaten aan een snijmachine zoals Cura. Segmentatie is snel en geautomatiseerd met behulp van Cura's mesh-tools;
● Vermijd bij het handmatig segmenteren van het digitale model rechtstreeks door detailgebieden of ondersteuningsgebieden te gaan. vermijd splijten op het zwakste punt in het ontwerp,
Namelijk die gebieden die veel dunner zijn dan de rest van het model.
Top groot formaat 3D-printer
afbeelding
△GEFERTEC Arc60x WAAM metalen 3D-printer (Bron: Gefertec)
Als u een 3D-printer wilt gebruiken om onderdelen zoals grote plastic onderdelen, rekwisieten en borden te maken, kunt u grootformaat 3D-filamentprinters gebruiken, die in wezen hetzelfde zijn als desktop-filamentprinters. Sommige printers kunnen afdrukken met duurzame materialen van technische kwaliteit.
Als je groter wilt worden dan de grootste FDM-printers (plus 1.600 x 1.200 x 1.300), heb je een robotarm-3D-printer nodig, een robotarm met een extruderkop aan het uiteinde. Ze kunnen op rails of op een portaal worden geplaatst, dus in theorie is het mogelijk om te printen op het formaat van de beschikbare rails. Het Guinness World Record voor de grootste 3D-printer is een portaal-extrusiekopconstructie aan de Universiteit van Maine, die 30,000 x 6.700 x 3,000 mm kan bereiken. Deze printer is echter niet te koop. Een ander voordeel van robotarmprinters is dat ze vaak printen met polymeren in een goedkopere pelletvorm
Resin 3D-afdrukken kunnen over het algemeen niet groter zijn dan 1,{2}} mm, met enkele uitzonderingen zoals de Kings 1700 Pro en 3D Systems ProX 950 vanwege de extreem lange afdruktijden. Hars duurt meestal langer dan FDM.
afbeelding
△Middelgrote betonnen 3D-printer blinkt uit in kunsttoepassingen op groot formaat
Concrete 3D-printers zijn een bloeiende markt, niet alleen voor woningbouw, maar voor elk type betonbekisting, meubels, constructie en zelfs plantenpotten en sculpturen. Het 3D-printen van zeer grote metalen onderdelen wordt vaak bereikt met een 3D-printtechniek met gerichte energiedepositie, zoals additive manufacturing met elektrische boog (WAAM). Deze methoden gebruiken een 3D-printkop die op een robotarm is gemonteerd, die een groot bereik heeft en alleen wordt beperkt door de grootte van de arm.
