WLASSH 

 Winchester Lever Action Shooters Society Holland 

Wapenonderdelen maken via de 3D printer

15-06-2017

De inleiding.

U hoort de laatste tijd veel praten over 3D printers en de aanmaak van bizarre onderdelen  welke u gewoon thuis kunt printen. Veel mensen willen daarom graag zo’n printer thuis hebben maar heb je er ook wat aan, dat is de vraag. 
Wat wordt er met de 3D printer gedaan en hoe werkt het? 
In het volgende verhaal wordt enigszins beknopt uitgelegd hoe alles werkt. En uiteindelijk kunt u aan het einde zelf besluiten of een 3D printer wel iets voor u is. Het verbaast ons ook dat er niet veel wordt geschreven in de vakliteratuur over dit onderwerp. De WLASSH wil de eerste zijn om het werkelijke verhaal te vertellen.

Eerst een tekening.
Om te beginnen is het handig om zelf een tekenprogramma te hebben welke later de 3D printer kan aansturen. Natuurlijk kunt u de 3D printer ook direct opdrachten laten uitvoeren door downloaden van allerlei objecten vanaf internet maar dat is meer voor de lol. U wilt het echte werk uitvoeren toch? Zelf iets bedenken en fabriceren. Dus geen tekentafel meer maar een digitaal tekenprogramma voor op uw huis pc. Heeft u vroeger achter de tekentafel gestaan en de basis van het tekenen onder de knie gekregen dan is een digitaal programma echt geen probleem hoor. Het is alleen qua kosten wat duur in de aanschaf.

Ja maar dit is niet de bedoeling. Was altijd prachtig maar nu doen we het digitaal.

Al jaren wordt door de WLASSH gebruik gemaakt van een digitaal tekenprogramma en wel het 2D Autocad Mechanical uit 2013.
In zowel A4 als A3 formaat worden tekeningen gemaakt voor het aanmaken van onderdelen op allerlei gebied. Dit tekenprogramma hebben we nodig om het onderdeel wat we graag willen vervaardigen te kunnen tekenen. En geloof ons of niet, dat wordt nog steeds in een groot deel van de werktuigbouw simpelweg gedaan in 2D. Uiteindelijk is de 2D kennis en vaardigheid altijd nodig om 3D te kunnen tekenen. Elk constructiebedrijf of CNC verspaningsbedrijf kan deze 2D tekening lezen en de klus voor u klaren. Dat gaat al heel wat jaren goed op deze manier.
Maar wat als u 3D wilt printen? Ja dan heeft u een ander programma nodig welke uw 2D in 3D kan omzetten. Natuurlijk kunt u rechtstreeks in een 3D programma uw werkstuk tekenen. Om dat te doen hebben we een 3D tekenprogramma nodig. Wij gebruiken daarvoor het tekenprogramma Inventor. Er zijn meerdere opties, het is maar net welke het beste bevalt.

Er wordt via het tekenprogramma Inventor een 3D tekening gemaakt welke als een STL- bestand opgeslagen kan worden. Tik de aanduiding maar in in Google en u krijgt een uitleg via Wikipedia. Wij melden het hier iets simpeler. Zo’n STL- bestand is voor het besturingsprogramma van de 3D-printer herkenbaar. 
Als de tekening in het besturingsprogramma is ingeladen, dan kan het te printen object in virtuele plakjes gesneden worden om te printen. Deze commando’s vanuit het besturingsprogramma voor de 3D-printer heten G-codes; zeg maar gewoon de “machinetaal”. De taal die de printer nodig heeft om de opdracht aan te kunnen.
Maar wacht even, we praten nu al over een printer maar welke dan?
We hebben even de beschikking gehad over een printer van het merk Leapfrog. Wat een naam! We laten hem eerst maar eens even zien.

Een Leapfrog 3D printer met rollen kunststof printmateriaal (PLA).

De aanschaf van de printer.
Een beetje goede printer is te koop tussen € 1500 en € 3000. De onze was € 2000. Maarrrr....besef dat professionele bedrijven printen met machines die vele malen meer kosten. Te denken valt dan aan de high end machines van diverse topmerken.  
Aha, we kopen dus gewoon rommel of speelgoed. Ja, speelgoed wat best leuk kan werken maar met beperkingen, besef dat goed.
Kijk eens naar een speciale printer welke onderdelen voor BMW vervaardigd, een carbon fiber printer gemaakt door het bedrijf

Impossible Objects.


Daar wordt dus het echte werk gedaan en nooit thuis. En wat dacht u van de investering die gedaan wordt door de NASA en het leger? Reken erop dat daar wat bijzonders staat te werken.

                                                         Heeft u nog steeds interesse? Ja? Goed zo!
    Blijf lezen want er volgt later een deel welke voor u als wapenliefhebber wellicht interessant kan zijn. 
 

De werking van de Leapfrog printer.
De 3D- printer heeft een vlak bed waarop het werkstuk wordt geprint. Boven het bed hangen de 2 spuitkoppen (ook wel extruders genaamd) welke in de x-y- richting d.m.v. stappenmotoren en geleiders razendsnel kunnen bewegen. De 2D beweging wordt dus op deze manier geregeld. De extruders worden vanaf boven voorzien van kunststof draad (filament genaamd). Veelal wordt een thermoplastisch kunststof zoals PLA gebruikt. De rollen met kunststof draad zijn gesitueerd in een houder binnenin de onderzijde van de printer.
Start het printen eenmaal dan zal na opbrengen van de eerste laag het bed een klein stukje zakken. Zo wordt de z- richting bepaald en zijn we 3D bezig. Simpel toch? Elke laag zal het bed iets doen zakken. Laag voor laag wordt het werkstuk dus opgebouwd.

Is het te printen object voorzien van een holle ruimte, geen probleem. Ook dit is in te stellen in het besturingsprogramma. De printer maakt dan als het ware een frame (bruggetje) aan de binnenzijde van het werkstuk welke later uitgebroken kan worden. Aha, dat doet denken aan de Faller huisjes van vroeger voor de treinbaan. Inderdaad, de onderdeeltjes hingen aan kleine stukjes aan het frame. het werd alleen anders gemaakt, niet door een 3D printer  maar d.m.v. spuitgieten. Anders hadden we nu nog op bijzondere huisjes zitten wachten. Printen gaat dus niet snel, daar komen we later op terug.
Een holle ruimte wordt dus verstevigd door een uitneembaar hulpframe. Deze
 hulpsteuntjes zijn dunner en kunnen later indien nodig uitgebroken worden. Ze kunnen zelfs geprint worden van water- oplosbaar printmateriaal. Dan is onderdompelen in water al voldoende om het te verwijderen. Mooi toch?

Zodra een printopdracht start zullen de spuitkoppen een fractie boven het bed komen te staan. De extruders en het bed worden vooraf instelbaar voorverwarmd. De extruders worden echt heet, dus oppassen! Je kan het warme gesmolten kunststof niet direct op een koud werkvlak deponeren, dat gaat mis. Daarom wordt op het werkvlak een folie geplakt. Het werkstuk is nooit direct met het werkvlak verbonden en kan wat beter hechten en op zijn plaats blijven. Het werkvlak bestaat uit een vlakke glasplaat vandaar. 
Het is tijd om te gaan spelen met het kunststof. Ja ja, ik weet het, eerst kunststof en later doen we het voor u in metaal! 

Een eerste kleine opdracht.
We hebben een tekening gemaakt van een houder welke een stekker op zijn plek moet houden. Een stekker of connector welke we terugvinden in het leger, een zogenaamde White stekker. Deze stekker wordt gebruikt voor verbinden van starthulpkabels in voertuigen. Eerst in 2D getekend en later via Inventor in 3D. Hieronder kunt u dit zien.

Links de 2D tekening in Autocad  en rechts de 3D versie gemaakt in Inventor. Door links wisten we rechts te maken!

Er is nu dus een tekening welke ook in het juiste formaat is opgeslagen. D.w.z. de tekening hebben we in het juiste programma naar de printer verstuurd. De printer berekend de verdere gang van zaken om daadwerkelijk te kunnen printen. Alles is correct ingesteld en staat startklaar om te beginnen. We kunnen nu het onderdeel in kunststof uitprinten. 
We zouden nog even terugkomen op de tijd. Er is eerst gezegd dat het printen lang duurt. Ja laten we dat nadeel maar gelijk noemen; printen duurt erg lang. Voor bovenstaand onderdeel (wat echt niet complex is) is de printer zeker een half uur bezig. Een half uur? Ja en dat is niet het enige nadeel; het gaat ook gepaard met een hoop gejengel van de stappenmotoren. En geloof me of niet, dat gaat snel vervelen in de kamer. Menig partner is dat ding al heel snel zat en zal de gekozen positie snel weer gewijzigd moeten worden. Met andere woorden; de printer moet opzouten. 
Dit stukje straalt nou niet van positiviteit; hoor ik u denken. En dat is waar. Maar we hebben beloofd er iets moois van te maken dus gaan we dat ook doen. Eerst deze ellende van kunststof afronden, het werkstuk bekijken en gebruiken.

Eindelijk het is klaar
Hoera we hebben een werkstuk en we willen dit graag aan u tonen. Hieronder ziet u het resultaat en waarvoor we het deden.

Links het geprinte object, in het midden de bewuste connector van White voor de startkabels en rechts het aluminium model
wat daadwerkelijk gebruikt gaat worden.

En zijn we tevreden?
Nou nee! Het kunststof werkstuk is aardig op maat maar wat hebben we nou eigenlijk? In feite hebben we een stukje kunststof wat gelijkend is aan een onderdeel welke we van metaal willen hebben. Dan hadden we dus ook die 2D tekening direct kunnen sturen naar een metaalbedrijf. Precies u ziet dit goed. Het is dus spelerij en grote onzin om het zo te doen. Waarom we dit toch behandelen is u behoeden voor een foute aanschaf. Koop van het geld maar een mooie revolver of een pistool, dan heb je meer lol van je aanschaf. Kunststof printen is een vak apart en voor u zover bent dat het enigszins mooi wordt is de hobby al aan het vervelen. Nog even dit; de schroefdraad was dus ook niet bruikbaar. het waren leuke pilaartjes van kunststof een beetje geribbeld maar meer ook niet.
Complexe kunststof onderdelen vooraf passen is een manier om dure productie ontwikkelkosten te voorkomen. Beter een geprint object de vuilnisbak in gooien dan een dure mal waar dagen aan gewerkt is wegsmijten. Passen met plastic is prima. Voor thuis is het niets, u gaat toch niet thuis een bijzondere productie starten! Echt bijzondere ontwerpen worden geprint via een behoorlijk dure machine. In de medische wereld wordt dat zeker gedaan en ook heel goed. Duurzame protheses worden geprint en het werkt echt goed. Maar vraag me niet naar de prijs van die apparaten want die zijn een heel stuk duurder dan het huismateriaal wat wij kunnen kopen.

Nog een nadeel is dat het printen van schroefdraad niet echt goed gaat. Althans niet met deze machine. Zijn we dan klaar met de nadelen? Nee er is nog een nadeel waarom het niets voor thuis is; de geur. Ga je met het kunststof PLA aan de slag dan is er niets aan de hand maar gebruik je ABS dan stinkt het hele huis naar dit kunststof filament. Dan is een afzuigsysteem onontbeerlijk anders maakt u vanzelf een Prexit mee!

En je kan door de dubbele spuitkop maar 2 kleuren kunststof tegelijk gebruiken. In de praktijk is de dubbele spuitkop mooi maar werkt het zichzelf bij de huismachines ook vaak tegen. Een extruder die werkt kan gehinderd worden door kleine plakdeeltje welke nog aan de andere extruder hangen. Zo schuift weleens het een en ander op wat niet mag gebeuren en dat is weer niet bevorderlijk voor de detaillering van het werkstuk. Het is dus niet alles met die 3D
printers.

Komen we dan aan het einde van de 3D droom? 
Natuurlijk niet. We gaan nu voor het echte werk, dat hadden we beloofd en als WLASSH onderzoeker ga je heel ver en willen we u wat moois bieden. 

Natuurlijk is 3D printen bijzonder en niet weg te denken bij de tegenwoordige productie van ingewikkelde vormen maar dan moet u wel een high end printer gebruiken zoals hierboven wordt getoond. Deze is van het merk Technology Research Association.

Metalen onderdelen printen.
Knoeiwerk of spelerij thuis laten we achter ons, we gaan toch niet het huis vol zetten met plastic troep. Dat kan je genoeg op elke straathoek kopen. We gaan nu echt printen.

Eerst een uitleg over dat woord printen. We smolten zojuist kunststof draad van de rol en deponeerde een kleine druppel exact op een bepaalde positie. Alsof we een stortbak met beton voorzichtig boven de bekisting houden. Uiteindelijk is dat ook 3D werken maar dan met de hand en een betonmolen. Lijkt een vreemd vergelijk maar wat deden we net dan anders? Precies, het is allemaal niet zo spannend of hightech.

Gaan we nu dan metaal smelten?
Nee hoor dat gaan we niet doen anders moeten we gewoon naar de gieterij. We gaan een 3D metalen voorwerp maken maar het woord printen is alleen niet op zijn plaats. Dat moeten we ter verduidelijking anders gaan benoemen. Deze vorm van aanmaak gaat heel anders en dat zal weldra duidelijk worden.
We gaan eerst weer een onderdeel tekenen welke gemaakt dient te worden. Dit keer een heel eenvoudig onderdeel wat niet makkelijk uit 1 stuk te vervaardigen is door een CNC bedrijf. Aha, waarom dan niet een vergelijkingstest tussen deze twee manieren van aanpak? Goed idee, dat gaan we doen. Eerst de tekening maken en dat kan gelijk in het tekenprogramma 3D Inventor.
We tekenen een aansluitpijpje na van een aansluitstuk van een Opel Thermostaathuis. We zijn wel zo slim om hier geen wapenonderdelen te tonen! Deze pijpjes gaan stuk, zijn vaak niet los te koop en vervolgens moet een geheel nieuw thermostaathuis gekocht worden bij de dealer. We nemen bewust nu dus even auto gerelateerde onderdeeltjes en geen wapenonderdelen. 
De tekening van het aansluitpijpje hebben we gestuurd naar een CNC- bewerkingsbedrijf en hieronder ziet u het origineel (welke defect is gegaan) en de CNC- aanmaak.

Onder het defecte onderdeel, een gebroken Opel aansluitpijpje uit het thermostaathuis en boven de aanmaak door een CNC bedrijf.

Het zou natuurlijk kunnen maar het is niet erg zinvol om het uit 1 stuk uit te voeren. Het door het CNC bedrijf geproduceerde onderdeel is gezien de kostenbesparing gemaakt uit 2 delen. Daarna is het duurzaam verlijmd. Prima, niet duur en goed. Het werkt trouwens prima in het thermostaathuis. Maar we zijn nu extra kritisch en concluderen dat het niet exact het model is wat we willen hebben. Wij willen straks wel een greep op de AR 15 hebben die exact lijkt op een greep van een AR. We noemen maar een voorbeeld. Op naar het 3D "printen".

De andere methode.
Thuis laten we de 3D printer voor wat het is. Laat de kinderen maar poppetjes printen en andere ongein. Wij gaan het anders doen.
We gaan helemaal niets meer aanschaffen en het laten doen door een ander. We hebben de 3D tekening rechtstreeks gestuurd naar Shapeways. Een bedrijf wat direct voor de consument 3D objecten maakt.
We willen het graag in RVS hebben maar ook de schroefdraad moet erop geplaatst worden. 
U had toch niet gedacht dat we met onze Leapfrog 3D printer RVS metaal konden smelten en printen. Dat zou erg mooi zijn maar kan dus nooit. De spuitkoppen van de extruder kunnen wel plastic smelten maar roestvast staal is een andere zaak.
Maar hoe doen ze het daar dan? Klik om te beginnen maar eens de site aan, www.shapeways.com. Dan ziet u dat alles mogelijk is. Bijna elk materiaal kan geleverd worden. Wij willen het pijpje van de Opel graag in RVS hebben. Geen probleem, 3D tekening uploaden naar het bedrijf en de bestelling bevestigen. Nu maar wachten of het echt zo gaat. En ja hoor, na enige weken komt het onderdeel binnen. Nu lijkt het exact op wat we willen hebben.

We hebben er maar 2 laten komen maar ze zijn qua model exact gelijk als we getekend hadden en van RVS.

Hoe is het gemaakt? Welnu het is simpeler dan u denkt. De opdrachten die bij Shapeways binnenkomen worden gesorteerd op materiaalkeuze. Alle RVS onderdeeltjes van een bepaalde grootte bij elkaar. Vervolgens plaatsen ze al deze 3D tekenopdrachten in een grote virtuele kubus op het pc scherm. Dat doen ze net zolang totdat de bak vol is met opdrachten. Keurig zie je alle tekeningen in de grote kubus gedeponeerd worden. De virtuele bak op het pc scherm staat in verbinding met een werkelijke bak gevuld met RVS poeder. Ook staat de pc in verbinding met een laslaser welke via 3 coördinaten wordt aangestuurd. 
Zodra de opdracht wordt uitgevoerd gaat de laser zijn werk doen. Exact daar waar een metaaldeeltje is getekend wordt een metaaldeeltje gesmolten en aan zijn buurman gelast. Deze bewerking heet dus lasersinteren. Holle ruimte of niet, het maakt niet uit. De laser weet exact waar hij deeltjes aan elkaar moet bakken. Is hij gereed dan wordt de bak geopend en rollen alle gereed zijnde onderdelen eruit. De overgebleven poeder is weer geschikt voor een volgende opdracht.
Maar dat is simpel. Inderdaad. Op deze wijze worden 3D objecten "geprint". Het heeft echter niets met printen te maken.

Zijn we nu tevreden?
Nou nee. U zag het waarschijnlijk al op de afbeelding; er is geen schroefdraad te bekennen. Dat lukt dus niet maar was wel degelijk gevraagd. Wel is de buitenmaat keurig op maat om de M10 fijn op te snijden. Toch nog een beetje handwerk. Gelukkig maar.
Het geeft aan dat deze vorm van aanmaken best bruikbaar is. U mist een bijzonder plaatje op uw semi- automaat en de wapenhandel kan er niet aankomen. Geen nood, tekening te pakken zien te krijgen of van een medelid met zo'n zelfde wapen het onderdeel natekenen. Opsturen naar Shapeways, de materiaalkeuze bepalen en de opdracht verzenden. U krijgt dan een mooi stukje werk wat ook past thuisgestuurd. Qua maatgeving is alles prima in orde.

Dan nu de prijs.
Is het duur? Ja het is zeker 2 tot 3 keer duurder dan een onderdeel laten aanmaken bij een CNC bedrijf. Bij dit bedrijf is de vorm van belang. Is het in te spannen? kan het uit 1 stuk? Daar heb je bij Shapeways geen last van. Alle modellen zijn geschikt. 
Bij een CNC bedrijf kan je overleggen na eerst een proefmodel te laten aanmaken. Men denkt mee en er kunnen dan aanpassingen gedaan worden. Bij Shapeways maken ze exact wat je stuurt en wordt er niet in overleg een eventuele wijziging doorgenomen. Je krijgt wat je stuurt.
Voor ons is dus een CNC bedrijf nog steeds de beste oplossing voor onze metaalbewerkingen.

We hopen dat u na het lezen van dit beknopte stuk aangaande 3D printen een stukje wijzer bent geworden. En misschien is het wel leuk om eigen uw opdracht naar Shapeways te sturen. 
En natuurlijk staat de techniek niet stil en worden er prachtige dingen uitgevonden die we (als we de reclame moeten geloven) beslist moeten hebben. Men is er vol van en men wil het direct hebben. De een maakt de ander gek. Meegaan met de vooruitgang heet dat. Maar bedenk goed wat u er mee wilt gaan doen anders is het zonde van uw geld.

En met die vooruitgang valt het allemaal ook wel mee. T
reinen rijden nog steeds op ijzeren wielen, verbrandingsmotoren hebben al sinds de oorsprong zuigers, munitie is nog steeds een huls met een slaghoedje, een kruitlading en een kogel.  Dat gaat al 150 jaar zo en het werkt prima!!!! Hoezo vooruitgang!

WLASSH onderzoeksteam