Formlabs | 5 min Leestijd

3D printen en galvaniseren om snel experimenten te repliceren

Dennie Rijk
20-09-17

In 2009 kwam de Zwitserse onderzoeker Andreas Osterwalder voor het eerst in aanraking met 3D printen. Toen hij vijf jaar later de Formlabs Form 2 SLA 3D printer kocht, was hij meteen enthousiast. Osterwalder vond de perfecte methode om de productietijd en de kosten van onderzoeksopstellingen te verminderen: het combineren van 3D printen en galvaniseren, ook wel electroplating genoemd.

Andreas Osterwalder noemt zijn kantoor zijn eigen museum: het lijkt op een collectie kleine machines, maar het zijn in werkelijkheid 3D geprinte en gedeeltelijk gegalvaniseerde onderdelen die hij maakte voor zijn experimenten aan The Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (EPFL).

Osterwalder’s ‘beamsplitter’ is een zeer complexe machine, en het omzetten van een onderzoeksvoorstel naar een echt experiment kan maanden of zelfs jaren duren. Het grote knelpunt is vaak de fabricage van specifieke, op elkaar afgestemde componenten.

Met behulp van een galvaniseerbedrijf gespecialiseerd in ‘Rapid Prototyping’, vond Osterwalder een methode om sneller te kunnen werken en de kosten van onderzoeksopstellingen te verlagen. Hij combineerde 3D printen met galvanisatie.

Proefopstellingen versnellen 3D printing

Osterwalder’s onderzoek is onderdeel van het nieuwe onderzoeksgebied genaamd ‘cold chemistry’. Wanneer moleculen en atomen tegen elkaar botsen, treden er chemische reacties op. De meeste chemie die belangrijk is voor mensen ontstaat vooral bij kamertemperatuur en hoger. Echter vinden er ook chemische reacties plaats bij lagere temperaturen - zelfs als er bijna geen beweging is.

Het doel van Osterwalder’s onderzoek is het bestuderen van chemische reacties bij -273.15°C, om de meest fundamentele aspecten van moleculaire interacties te kunnen begrijpen.

Om de moleculen bij zo'n lage temperatuur te kunnen observeren en beheersen, moeten wetenschappers hun lichaamsbeweging volledig kunnen bedwingen. “Stel u een waterstraal voor: de molecuulbundel zit in een vacuüm en in deze toestand hebben we controle over de richting waarin de straal gestuurd wordt”, vertelt Osterwalder, die voor dit experiment een macroscopische ‘beamsplitter’ maakte. 

De eerste stap in driedimensionaal geprinte onderzoeksopstellingen

Een onderzoeker kan in korte tijd een complexe technische tekening in elkaar zetten, maar de realisatie van de onderzoeksopstelling kost meer werk. Het gaat om precisiewerk met traditionele fabricagemethoden, zoals CNC of bewerkingen die normaal gesproken maanden duren. Osterwalder ging op zoek naar een snelle en efficiënte methode om van idee tot experiment te komen. 

Osterwalder werd zich rond 2009 voor het eerst bewust van 3D printen. Echter waren de toenmalige fused deposition modeling (FDM), de stereolithografie (SLA) en de metaalsinter technologieën nog niet nauwkeurig genoeg of boven zijn budget. 


Stereolithografie is een 3D printtechnologie die een laser gebruikt om van fotopolymeer een voltooid onderdeel te maken. Ontdek hier meer.


Osterwalder vond uiteindelijk de oplossing die hij zocht met de Formlabs Form 2 SLA 3D printer, die hij direct kocht na de lancering in 2015. “SLA 3D printen zorgt voor onderdelen met zeer hoge resolutie,” zei Osterwalder. “Dit maakt het makkelijker om me te focussen op het genereren van complexe structuren, die er precies hetzelfde uitzien als ze uit de printer komen.” 

Een ‘beamsplitter’ geproduceerd in dagen in plaats van maanden

Met Osterwalder’s 3D geprinte en gegalvaniseerde ‘beamsplitter’ kunt u een stroom van gasfasemoleculen in tweeën splitsen zonder de moleculen te raken. De metaalstructuur wordt gebruikt om sterke elektrische velden te produceren door spanningen van 10.000 volt toe te passen. Deze velden genereren vervolgens kracht op de moleculen. Soortgelijke apparaten zijn eenvoudig te bouwen voor lichttoepassingen, bijvoorbeeld een gedeeltelijk reflecterend venster – maar deze zijn veel moeilijker te bereiken door moleculen.

Beamsplitter 3D printing

Dankzij de Form 2 SLA 3D printer en galvanisatie kon Osterwalder de productietijd van zijn onderzoeksopstellingen verminderen. In plaats van maanden nam het slechts maximaal een week in beslag. Osterwalder had slechts een paar dagen nodig om de ‘beamsplitter’ te ontwerpen en maar 36 uur voor het 3D printen in zijn eigen laboratorium. Het in nikkel galvaniseren van de structuur kostte nog maar een dag. Uiteindelijk nam het heen en weer verzenden van de 3D gedrukte onderdelen de meeste tijd in beslag. 

Advies nodig?

We denken graag met je mee!

Contact opnemen

Galvaniseren van 3D geprinte onderdelen

Van verchroomde waterkranen tot de grille van uw auto; u vindt overal gegalvaniseerde onderdelen. Deze zijn gecoat met chroom, zilver of een andere hoogwaardige metaalsoort, om het uiterlijk en de materiële eigenschappen zoals de slijtvastheid en de elektrische geleidbaarheid te verbeteren.

Het galvaniseren van kunststoffen is echter een uitdaging. Kunststof geleidt over het algemeen geen elektriciteit, wat voor galvanisatie wel essentieel is. Een chemische voorbehandeling kan hiervoor een oplossing zijn, maar was tot beginjaren ’00 slechts succesvol voor een paar kunststofsoorten, zoals ABS. Osterwalder besloot het Zwitserse bedrijf Galvotec om hulp te vragen.   

“Het was voor mij een uitdaging ook andere materialen te kunnen galvaniseren”, zei Rico Schuhmacher, de oprichter van Galvotec. “Ik heb een jaar lang uitgebreide onderzoeken en experimenten uitgevoerd met diverse kunststoffen. In 2012 startte ik mijn eigen bedrijf, gespecialiseerd in het galvaniseren van kunststoffen.”

Er zijn wereldwijd slechts enkele galvaniseerbedrijven gespecialiseerd in ‘Rapid Prototyping’. Galvotec is de enige in Zwitserland. “Osterwalder’s onderdelen moesten maar gedeeltelijk gecoat worden. Dat betekent dat sommige vlakken gegalvaniseerd moesten worden, en sommigen niet. Door middel van maskers hebben we dit voor elkaar gekregen”, zegt Schuhmacher. “Een andere uitdaging was het voorkomen van elektrisch contact tussen twee oppervlakken, dus moesten we de onderdelen afzonderlijk coaten.”

3D printen Goud.jpg

Galvanisatie maakt het aantal toepassingen van 3D printen nog groter, aldus Schuhmacher. Van elektrisch geleiden en (elektro)magnetisch tot hogere slijtvastheid en dimensionale stabiliteit: allemaal materiële eigenschappen die met galvanisatie te realiseren zijn voor 3D geprinte onderdelen. Daarnaast is er een enorm palet aan decoratieve coatings, zoals goud.

Snel, flexibel, repliceerbaar onderzoek

Het galvaniseren van 3D geprinte onderdelen staat nog in de kinderschoenen. Hoewel het in de techniek veel voordelen biedt, ziet Osterwalder ook een groot potentieel voor wetenschappelijke toepassingen.   

“Voor onze experimenten gebruiken we echte machines, met veel buizen en pompen, die u moeilijk kunt produceren met traditionele methoden, zoals machinale bewerking of CNC. Veel van deze componenten kunnen in een veel kortere tijd en met grotere flexibiliteit driedimensionaal worden geprint.”

3D SLA print beamsplitter.jpg

Ostenwalder: “Ik ben ervan overtuigd dat de combinatie van 3D printtechnologie en galvanisatie nog meer experimenten kan bouwen, waarvan we voorheen dachten dat ze onmogelijk waren.” Met een blik op de toekomst, gelooft Osterwalder niet dat deze voordelen beperkt zijn tot zijn specifieke onderzoek. Voor hem is het niet de vraag wat hij met een 3D ‘beamsplitter’ kan doen, maar juist wat het voor andere experimenten kan betekenen.

“In bijna alle onderzoeksvelden is het dupliceren van dezelfde experimenten cruciaal voor verificatie en vervolgonderzoek. 3D printen stelt ons in staat een flexibel systeem te maken, opgebouwd als LEGO-blokken, waarin elk deel geprint en gedupliceerd kan worden”, zei Osterwalder. Zijn visie is het bemachtigen van onderzoeksinstituten en laboratoria over de hele wereld om experimenten te verrichten en te reproduceren door simpelweg een STL-bestand over te dragen.”

Vond je dit artikel interessant?

Krijg de nieuwste blogs direct in je mailbox door je hieronder in te schrijven.
Je geeft toestemming aan Layertec om je ingediende persoonlijke informatie op te slaan en te verwerken om je van de gevraagde informatie te voorzien.

Dennie Rijk
Dennie volgt alle ontwikkelingen op gebied van 3d printen op de voet. Hij is de ideale gesprekspartner voor bedrijven die zich oriënteren op 3d printen en vertelt met veel enthousiasme over mogelijke toepassingen.

Wellicht ook interessant