Hoe maak je 3D-prints waterdicht: 5 eenvoudige stappen

Wil je waterdichte 3D-prints maken? Lees verder voor tips over materialen, ontwerpkeuzes, slicer-instellingen, nabewerking en meer!

Wie heeft er niet ooit zijn 3D-printer opgestart, een prachtige vaas geprint en gevuld met water, om vervolgens overal te lekken? Er zijn talloze redenen voor deze tragedie die zovelen van ons meemaken in de begindagen van 3D-printen. Het goede nieuws is dat je met een paar simpele stappen een einde kunt maken aan lekkende 3D-prints.

Of je nu een bak voor voedsel , een vaas voor bloemen , een waterpomp of een accessoire voor je aquarium maakt , het is belangrijk dat je 3D-geprinte objecten vloeistoffen kunnen weren of verwijderen. In dit artikel bespreken we verschillende manieren om je FDM (Fused Deposition Modeling) 3D-prints waterdicht te maken met ontwerpbeslissingen, waterbestendige materialen, nabewerkingstechnieken en meer. We laten je zien hoe je ervoor zorgt dat je 3D-geprinte objecten klaar zijn voor alles, of je nu veel of weinig vloeistof wilt vasthouden.

Bevalt het wat u ziet, maar heeft u niet de middelen om het zelf te printen? Een zee aan 3D-printdiensten staat klaar om u te helpen! Waar u zich ook bevindt, vergelijk enkele van de beste aanbieders met Craftcloud , een 3D-print- en prijsvergelijkingsservice.

Houd er rekening mee dat we in dit artikel verwijzen naar waterdichte 3D-prints als prints die ondoordringbaar moeten zijn. Voor informatie over het printbaar maken van 3D-modellen kunt u bijvoorbeeld andere artikelen raadplegen over niet-manifold randen of het repareren van STL-bestanden .

Laten we nu eens kijken wat u allemaal moet weten over het waterdicht maken van uw afdrukken!

Waterdichte afdrukken maken

Dus, wat houdt het precies in om waterdichte 3D-prints te maken? Laten we eerst wat terminologie verduidelijken. Dat iets waterdicht is, betekent niet dat het waterdicht is. Hoewel de termen vaak door elkaar worden gebruikt, zijn ze niet uitwisselbaar.

In de context van 3D-printen betekent waterdicht dat de container of het vat zo is ontworpen en geprint dat er geen water in of uit kan stromen. Dit betekent dat een container niet mag lekken of vloeistoffen mag doorlaten, zelfs niet wanneer deze ondergedompeld is in water, vloeistoffen bevat of wordt blootgesteld aan hevige regenval.

Waterdicht betekent dat een materiaal of object water buiten houdt. Het materiaal laat geen water binnen en het object is ongevoelig voor spatten of overtollig vocht. Een waterdicht object kan echter nog steeds gaten, naden of openingen hebben waardoor water kan wegstromen als het langdurig ondergedompeld of blootgesteld wordt aan water.

Denk bijvoorbeeld aan je telefoonhoesje . Veel beschermhoesjes, gemaakt van materialen zoals vacuümgevormd plastic met hoge dichtheid en glas, houden water buiten. Het hoesje kan je telefoon zelfs tot op zekere hoogte beschermen tegen spatten of druppels. De meeste telefoonhoesjes zijn echter niet waterdicht omdat ze openingen, openingen of andere manieren hebben waardoor water door het hoesje kan dringen. Om waterdicht te zijn, zou het telefoonhoesje elke ingang moeten bedekken of afsluiten tegen vloeistoffen.

Veiligheidsoverwegingen

Voordat we verdergaan, bespreken we enkele veiligheidsaspecten. Afhankelijk van hoe u de 3D-geprinte container wilt gebruiken, moet u mogelijk aanvullende veiligheidsmaatregelen nemen. Als de container of het vat voedsel of dranken gaat bevatten, moet u ook rekening houden met voedselveiligheid .

FDM-printen heeft een inherent poreus karakter door de laag-voor-laag-constructie, waardoor water kan doorsijpelen. Deze porositeit is een belangrijk aandachtspunt voor de voedselveiligheid, omdat de holtes een plek vormen waar schadelijke bacteriën zich kunnen nestelen en vermenigvuldigen – zelfs als het object er aan de oppervlakte waterdicht uitziet. Daarom is het cruciaal om ervoor te zorgen dat 3D-geprinte objecten die bedoeld zijn voor contact met voedsel en dranken, met de hoogst mogelijke nauwkeurigheid worden geprint om holtes te minimaliseren.

Daarnaast is het essentieel om voedselveilige filamenten te gebruiken . De meeste filamenten zijn niet veilig voor contact met voedsel, omdat ze kunnen afbreken en gevaarlijke chemicaliën kunnen doorlaten. Het is raadzaam om filamenten te gebruiken die specifiek als voedselveilig zijn gelabeld om ervoor te zorgen dat uw 3D-geprinte objecten geschikt zijn voor toepassingen met voedselcontact.

Naast schalen en bloempotten moeten ook containers zoals luchttanks en brandstoftanks waterdicht zijn. Om veiligheidsredenen moeten containers die onder druk staan ​​of vluchtige vloeistoffen bevatten, vóór gebruik aan extra tests worden onderworpen. Hoewel het mogelijk is om een ​​brandstoftank voor een RC-auto te 3D-printen, is dit misschien niet de verstandigste oplossing. Dergelijke tanks zijn vaak gemaakt van hogedichtheidspolyethyleen (HDPE) en gemengd met andere materialen zoals ethylvinylalcohol, een brouwsel dat voor de meeste hobbyisten niet beschikbaar is. Tanks die bedoeld zijn voor brandstof of andere gevaarlijke inhoud, zijn vaak gemaakt van aluminium of staal om het risico op scheuren of lekken te minimaliseren.

Hoe je het doet

In de volgende secties leiden we u door vijf eenvoudige stappen om uw afdrukken waterdicht te maken.

Ontwerp voor waterdichtheid

De eerste stap is het ontwerpen van modellen die geoptimaliseerd zijn voor waterdichtheid. 3D-printen biedt vrijwel onbeperkte ontwerpmogelijkheden. Je kunt vrijwel elke container of elk vat bedenken, ontwerpen en printen. Maar als je wilt dat het waterdicht is, kun je het beste kiezen voor een eenvoudiger ontwerp.

Ontwerpen met veel rechte hoeken, scherpe hoeken en overhangen hebben een grotere kans op permeabiliteit. Aan de andere kant zijn ontwerpen met vloeiende rondingen en minimale scherpe hoeken gemakkelijker waterdicht te maken. Dit komt neer op de eenvoudige geometrie van hoe het filament is neergelegd. Elke hoek of richtingverandering die het printpad aanneemt, is een nieuwe kans op het ontstaan ​​van een opening.

Ontwerpen met compartimenten in de binnenruimtes van de container zijn ook moeilijker waterdicht te maken. Elke keer dat de printkop van richting verandert of een laag oppakt, wordt het moeilijker om de waterdichtheid te garanderen.

Laten we bijvoorbeeld eens kijken naar je standaard kom . Hoewel het geen afgesloten container is, is deze grotendeels gebogen en taps toelopend met weinig of geen scherpe hoeken. De printkop zal waarschijnlijk relatief soepel bewegen en gedurende een groot deel van het proces contact maken met de print. Dit zorgt ervoor dat er weinig kans is dat er gaten, openingen of holtes in de print ontstaan ​​waar water doorheen kan sijpelen.

Een open kubuscontainer daarentegen heeft een aantal elkaar kruisende hoeken van 90 graden. Wanneer de hoeken een punt bereiken, verandert de printkop plotseling van richting en kan deze tijdens het printproces omhoog komen.

Omdat ontwerpkeuzes nooit zo eenvoudig zijn als een kom of een kubus, zijn deze voorbeelden een oversimplificatie van mogelijke problemen die zich kunnen voordoen. Over het algemeen geldt echter: hoe minder complex je ontwerp, hoe makkelijker het waterdicht te maken is.

Kies een geschikt materiaal

De tweede stap is het kiezen van een geschikt materiaal. Als het gaat om waterdichte prints, is polypropyleen (PP) een uitstekende keuze. Het is misschien niet zo bekend als andere opties, maar dit materiaal heeft inherente hydrofobe eigenschappen, stoot water effectief af en is goed bestand tegen chemicaliën en schokken, waardoor het een betrouwbare optie is voor duurzame en waterdichte onderdelen.

ABS en PETG zijn populaire materialen die prima opties zijn voor waterdichte prints. Hetzelfde geldt voor ASA . ABS en PETG staan ​​erom bekend dat ze lastiger te printen zijn dan PLA, maar met de juiste instellingen en de hierboven genoemde ontwerpoverwegingen zou u geen belemmeringen moeten ondervinden bij het maken van waterdichte prints.

Aan de andere kant zijn sommige materialen niet geschikt voor het maken van waterdichte 3D-prints. PLA is bijvoorbeeld een populair en gemakkelijk te printen materiaal, maar door het lage smeltpunt is het ongeschikt voor hete vloeistoffen. Bovendien is het mogelijk niet de beste optie voor duurzame waterdichte prints, omdat het na verloop van tijd kan opzwellen.

Nylon is ook een materiaal dat je beter kunt vermijden. Hoewel het een veelzijdig en duurzaam materiaal is dat ideaal is voor het printen van functionele onderdelen, zijn sommige samenstellingen ongeschikt voor vochtige omgevingen, omdat hun polymeerketens kunnen afbreken bij blootstelling aan water.

Hygroscopie

Een andere belangrijke factor om te overwegen bij het kiezen van materialen voor waterdichte prints is hygroscopiciteit. Hygroscopische materialen, waaronder de meest populaire materialen, hebben de neiging vocht uit de lucht te absorberen, wat de kwaliteit van de print kan beïnvloeden. Overtollig vocht kan ploppen en scheuren veroorzaken wanneer het tijdens het printen verdampt, wat leidt tot gaten en slechte prints, wat de waterdichtheid belemmert. U kunt overwegen om filamentdrogers te gebruiken om ervoor te zorgen dat er geen vocht in het materiaal zit.

Pas uw slicer-instellingen aan

De volgende stap is het aanpassen van de instellingen van je slicer . Dit is een van de snelste manieren om een ​​waterdichte print te maken. Het is echter niet zo simpel als het verhogen van de temperatuur en het vertragen van de snelheid.

De instellingen die je aanpast, hangen grotendeels af van je materiaalkeuze, de printerinstellingen en zelfs het ontwerp. Geen enkele instelling resulteert in waterdichte afdrukken, maar samen kunnen ze je een stap dichterbij brengen. Laten we eens kijken!

Mondstuk

Hoewel dit niet echt een instelling is, kan de grootte van uw spuitmond een grote invloed hebben op de waterdichtheid van een object. Hoewel 0,4 mm vaak de standaard is, kan een diameter van 0,6 mm of groter betere resultaten opleveren. Dit verhoogt doorgaans de stroomsnelheid en verkleint de ruimte tussen de lagen.

Houd er rekening mee dat het printen met dikkere lagen pas praktisch wordt bij gebruik van bredere nozzles. Grotere nozzles vereisen namelijk een hogere minimale laaghoogte, wat resulteert in minder potentiële openingen.

Laaghoogte

Hoewel het misschien tegenstrijdig lijkt, is het bij het printen met standaard nozzles van 0,4 mm aan te raden om te printen met een laaghoogte van 0,15 mm. Met een nozzle van 0,4 mm is de waterdichtheid het beste bij de laagste laaghoogtes (0,05 mm) en het slechtst bij de hoogste laaghoogtes (0,3 mm). Naden en de overgangen tussen de vaste vulling en de randen zijn de belangrijkste bronnen van lekkage, niet het contact tussen de lagen.

Perimeters

Over het algemeen neemt de kans op een waterdichte print toe met meer perimeters . Dit komt doordat extra perimeters de kans verkleinen dat water direct door de bestaande barrières heen stroomt. De volgende perimeter dient als back-up om kleine openingen te dichten die mogelijk in een buitenperimeter zijn ontstaan ​​door onderextrusie, naden of andere problemen.

Terwijl sommige materialen zoals ABS het prima doen met slechts twee tot drie omtrekken, presteren andere zoals PETG en PLA beter met vier of meer omtrekken. Een omtrek boven de drie is doorgaans een goed beginpunt.

Naden

De zichtbare naad die langs de verticale (Z-as) richting van een 3D-geprint object loopt, wordt in 3D-printen de " Z-naad " genoemd . De Z-naad is het resultaat van gelaagdheid, waarbij het materiaal continu langs de Z-as wordt aangebracht terwijl de printer van de ene laag naar de volgende gaat.

De plaatsing van de Z-naad is belangrijk omdat dit niet alleen de aantrekkelijkheid van de uiteindelijke afdruk, maar ook de waterdichtheid kan beïnvloeden. Door deze instelling in uw slicer te wijzigen, kunt u deze openingen uitlijnen of ervoor zorgen dat ze op willekeurige plekken in uw afdruk verschijnen. Sommige mensen vinden dat een willekeurige naadlocatie voorkomt dat een uitgelijnde naad lekkages veroorzaakt. Als u grote openingen in de Z-naad opmerkt, wijzig dan uw retractie-instellingen om gaten te voorkomen.

Infill

Een hogere infill- dichtheid betekent minder gaten in uw model. Hoewel de natuurlijke neiging kan zijn om uw infill simpelweg solide te maken, kan uw print alsnog lekken als andere instellingen niet goed zijn afgesteld. Idealiter zou er geen water in de infill-gebieden van uw print moeten komen, aangezien dit andere problemen kan veroorzaken. Als uw print onder druk komt te staan ​​(van binnenuit of door onderdompeling), overweeg dan om de infill-dichtheid te verhogen tot 40-100% om de structurele sterkte te vergroten.

Extrusie

Een voor de hand liggende manier waarop water een print kan binnendringen, is via openingen. Een van de belangrijkste oorzaken van openingen in onderdelen is onderextrusie . Zelfs goed afgestemde printprofielen kunnen onderextrusie ervaren, omdat ze vaak prioriteit geven aan factoren zoals maatnauwkeurigheid, structurele sterkte of cosmetische consistentie. Om verbetering te zien, hoeft u de stroomsnelheid slechts licht te verhogen. Begin bij 102% en blijf dit verhogen totdat het rendement begint af te nemen.

Temperatuur

Wanneer een laag niet goed is verbonden met de onderliggende laag, kunnen er gaten ontstaan. Een manier om de hechting van de lagen te verbeteren, is printen op een hogere temperatuur . Over het algemeen wordt aanbevolen om te printen op de hoogste temperatuur die uw materiaal aankan. Wees echter voorzichtig, want als uw printtemperatuur te hoog is, kan het materiaal koken wanneer het de nozzle verlaat, wat extra problemen en mogelijke gaten kan veroorzaken. Begin met het verhogen van de temperatuur met 5 °C per keer totdat u de ideale temperatuur hebt gevonden.

Snelheid

Over het algemeen kan het verlagen van uw afdruksnelheid uw kansen op een waterdichte afdruk aanzienlijk vergroten. Hoe ver u uw snelheid verlaagt, hangt af van factoren zoals de printer, de materiaalkeuze, de slicer en de firmware. Over het algemeen zal een lichte verlaging van uw afdruksnelheid, met name in gebieden zoals randen en de bovenste en onderste lagen, de hechting verbeteren en de kleine openingen die vaak voorkomen bij FDM-afdrukken helpen opvullen.

Koeling

Wijzigingen in de koeling of ventilatorsnelheid van je slicer kunnen een enorme impact hebben op het uiterlijk, de sterkte en zelfs de waterdichtheid van je print. Overweeg om de koeling met enkele procentpunten te verlagen. Dit zorgt ervoor dat het filament iets langer gesmolten blijft en kan de hechting van de laag verbeteren om lekken te voorkomen.

Nabewerkingsafdrukken

Nadat het onderdeel is geprint, heeft het waarschijnlijk nog wat nabewerking nodig om het waterdicht te maken. Er zijn verschillende nabewerkingsmethoden die de oplossing kunnen zijn waarnaar u op zoek bent. Laten we eens kijken naar enkele van de meest populaire.

Dampverzachting

Dit is een nabewerkingsmethode die het oppervlak van 3D-geprinte objecten, met name ABS-prints, glad maakt door het object onder te dompelen in een acetonbad of dampkamer. Dit proces verhit het materiaal, waardoor het gaat vloeien en oneffenheden worden gladgestreken. Dit resulteert in een glanzende, gepolijste afwerking die kan helpen bij het dichten van kieren en het verbeteren van de waterdichtheid.

Temperatuurbehandeling

Een andere manier om een ​​print waterdicht te maken, is door de voltooide print te verwarmen om gaten te verwijderen en de lagen beter aan elkaar te hechten. Het verwarmen van een voltooide print gebeurt vaak in een oven of verwarmde kamer. Het idee is om het object net genoeg te verwarmen om de lagen te laten hechten zonder dat de print vervormt of smelt.

Moeilijk te doen, zelfs onder de beste omstandigheden, en misschien ook niet de beste methode, omdat het grotere kieren of naden niet dicht. De meer gedurfde mensen kunnen deze methode ook proberen met een heteluchtpistool, maar verwacht gemengde resultaten.

Oppervlaktecoatings

Het aanbrengen van een oppervlaktecoating op je 3D-prints is de eenvoudigste manier om waterdichtheid te bereiken; het moet alleen de juiste coating zijn. Het beschilderen van je prints met acryl- of emailverf is bijvoorbeeld een goede optie vanwege hun duurzaamheid en oplosmiddelhoudende samenstelling.

Als je de kwast wilt laten staan, is zelfs spuitverf een optie. Acrylspray is een soort beschermende coating die gebruikt wordt om diverse oppervlakken te sealen en af ​​te werken, waaronder 3D-geprinte objecten. Het is gemaakt van een sneldrogende acrylpolymeer op waterbasis, die een heldere en duurzame afwerking biedt. Natuurlijk zijn de meeste "spuitverven" getinte acrylverf, zodat je tegelijkertijd kunt sealen en kleur kunt toevoegen. Spuit het model gewoon meerdere keren, zowel aan de binnen- als buitenkant, en laat het vervolgens drogen.

Verf is echter niet uw enige optie. Hieronder vindt u enkele oppervlaktecoatings die u misschien nog niet heeft overwogen.

Epoxy

Epoxy, een type polymeer dat veel wordt gebruikt in lijmen, coatings en composietmaterialen, bestaat uit twee hoofdcomponenten: een epoxyhars en een verharder. Wanneer deze twee componenten worden gemengd, vormen ze een sterk, stijf en duurzaam materiaal met uitstekende hechting, evenals chemische en waterbestendige eigenschappen. Het coaten van een 3D-geprint vat (binnen, buiten, of beide) met epoxy is tijdrovend, rommelig en arbeidsintensief werk, met lange uithardingstijden. Het is echter een van de weinige methoden die geschikt is voor gebruik in levensmiddelen. Mits correct uitgevoerd, kan het uitstekende resultaten opleveren.

Lijmen

Verschillende lijmsoorten kunnen worden gebruikt om een ​​waterdichte laag aan te brengen op een 3D-geprinte container. Deze methode is populair bij diegenen die lekvrije plantenbakken willen printen. Hoewel veel soorten lijm geschikt zijn voor deze methode, zijn bekende merken houtlijm – met name die welke getest zijn op gebruik in maritieme of natte omgevingen – het populairst. De lijm wordt vaak in meerdere lagen aangebracht en volledig uitgehard voordat hij gebruikt wordt. Sommige lijmsoorten zijn zelfs goedgekeurd voor gebruik in de buurt van voedsel.

Was

Wassoorten zoals kaarsvet, bijenwas en zelfs surfplankwas kunnen allemaal op een afdruk worden gewreven. Dit dringt door tot in het oppervlak en vult kleine poriën of openingen. Andere methoden zijn onder andere het smelten van de was en deze erop schilderen of het object er direct in dompelen.

Bijenwas is populair bij mensen die zich zorgen maken over gezondheid en veiligheid. Hoewel deze aanpak kan werken, moet er rekening mee worden gehouden dat was een zeer laag smeltpunt heeft. Zelfs een warme dag kan de hechting van uw afdrukken verminderen.

Nagellak

Nagellak komt misschien als een verrassing, maar het grootste voordeel is dat het zo makkelijk verkrijgbaar is. Je kunt het bij vrijwel elke drogisterij kopen of vragen of je het van een vriend mag lenen. Nagellak is er in vele soorten en maten, maar de meeste bevatten oplosmiddelen, harsen, weekmakers, filmvormers en stabilisatoren. In principe kunnen ze een beschermende laag vormen die de verpakking enigszins waterdicht maakt.

Het grootste nadeel van deze aanpak is dat het lastig aan te brengen is, omdat nagellak meestal in kleine flesjes met kleine kwastjes zit. Bovendien is het, vergeleken met andere behandelingen, vrij prijzig. Deze optie kun je beter reserveren voor kleine afdrukken!

Plastic Dips

Door een rubberen kunststofcoating in vloeibare vorm aan te brengen en te laten drogen, kunnen 3D-geprinte objecten een waterdichte beschermlaag krijgen. De vloeibare coating wordt met een kwast of spuitbus op het oppervlak van het 3D-geprinte object aangebracht. Een alternatief is om het object in de vloeistof te dompelen, waarna het uithardt tot een flexibele, rubberachtige laag.

Naast het waterdicht maken van een print, verbetert het ook de grip van het object en maakt het het gemakkelijker te hanteren. Het beschermt het ook tegen deuken, krassen en andere soorten schade. De dips zijn verkrijgbaar bij verschillende populaire merken met verschillende chemische samenstellingen. Houd er rekening mee dat veel van deze dips in vloeibare vorm als giftig worden beschouwd.

Testafdrukken

De laatste stap is simpelweg het testen van je print om er zeker van te zijn dat deze waterdicht is. Om dit goed te testen, vul je je print met water en laat je hem minstens een uur staan ​​voordat je op lekkage controleert.

Het is ook een goed idee om de print onder verschillende omstandigheden te testen, zoals met wisselende waterstanden of met verschillende soorten water (bijvoorbeeld zout en zoet water), om er zeker van te zijn dat deze in de beoogde omgeving functioneert. Als uw print niet lekt met koud water, probeer hem dan met warm water. Herhaal dit proces meerdere keren en wacht tussen elke test. Na een aantal pogingen zou u ofwel vertrouwen moeten hebben in uw print, ofwel moeten merken dat er extra werk nodig is.

U kunt vergelijkbare stappen nemen als uw container droog moet blijven wanneer deze ondergedompeld is. In plaats van hem met water te vullen, dompelt u de container onder tot de gewenste diepte. Houd hem minstens een uur onder water en controleer vervolgens op lekken. Zo kunt u eventuele problemen aanpakken voordat u het object in gebruik neemt.

Houd er rekening mee dat een waterdichte container na verloop van tijd kan gaan lekken door zwelling door waterabsorptie. Als een PLA-print bijvoorbeeld langdurig in contact komt met water, kunnen sommige delen opzwellen. De zwelling kan leiden tot vervorming of zelfs scheuren of breken van de print.

De print zal niet volledig verslechteren zoals bij onbehandeld hout, en de zwelling zal niet oneindig doorgaan. In plaats daarvan zal de opzwelling, afhankelijk van het filamentmateriaal, tot een bepaalde hoogte toenemen en dan stoppen.

Laatste gedachten