Hoe 3D printen kan helpen bij het ontwerpen van een grafische rekenmachine

Na de ontwerpfase van een apparaat is het belangrijk om te testen dat het ontwerp perfect past bij het beoogde doel. Daarvoor hebben wij gebruik gemaakt van 3D-printen en in deze blog delen we hoe dit ons precies heeft geholpen.

3D-afdrukken van de NumWorks rekenmachine

Wat voor beslissingen kunnen we maken op basis van een 3D-print?

In de ontwerpfase heb je het apparaat alleen nog op een scherm of op papier gezien. Het grootste voordeel van 3D-printen is dan ook dat je er een ontwerp mee kunt manipuleren. Eenmaal 3D-geprint, kun je de grafische rekenmachine aanraken, de werkelijke verhoudingen beoordelen en toekomstige gebruikssituaties simuleren.

Zo gingen we dus te werk met de NumWorks. Door het 3D-printen konden we bijvoorbeeld onze aannames bevestigen over het gebruik van de deksel. Spelend met een 3D-geprint prototype konden we controleren of het inderdaad makkelijk was om de deksel van de rekenmachine af te schuiven en hem vervolgens er weer op te zetten door het vastklikken in plaats van opschuiven van de deksel.

Een ander voordeel van 3D-printen is dat het een beter beeld geeft van de verhoudingen van het apparaat: op de rekenmachine konden we fysiek experimenteren met de ruimte tussen de toetsen. Op een beeldscherm kan je dat verschil niet voelen. We hebben verschillende varianten van het toetsenbord geprint en uiteindelijk de meest gebruiksvriendelijke optie gekozen.

Wat zijn de tekortkomingen van een 3D-print?

Helaas zijn de 3D-prints geen nauwkeurige representaties van de echte grafische rekenmachines.

3D-geprinte prototypes hebben niet dezelfde mechanische kenmerken als het eindproduct, ongeacht de gebruikte 3D-printtechnologie (fused deposition modeling of stereolithografie). De 3D-geprinte onderdelen konden bijvoorbeeld niet aan elkaar geschroefd worden omdat het materiaal daarvoor te kwetsbaar was.

Daarnaast is het kiezen van het juiste materiaal erg belangrijk. Op sommige prints zorgt de lage stevigheid van het materiaal voor gedraaide onderdelen. Het is daarom aan te raden om een materiaal te kiezen dat sterk overeenkomt met het materiaal van het eindproduct. Om de functionaliteit van de deksel te controleren, hebben we bijvoorbeeld een materiaal gekozen waarvan de stevigheid sterk lijkt op die van polycarbonaat.

Kopstuk 3D-printer

Waarom zou je toch kiezen voor 3D-printen?

Als het verschil in kwaliteit van 3D geprinte onderdelen zo groot is, waarom zou je dan toch hiervoor kiezen? Waarom vraag je de fabriek niet gewoon om prototypes te maken?

De meeste plastic onderdelen worden gemaakt met behulp van spuitgieten: gesmolten plastic korrels worden in een gietvorm van staal gespoten. Voor de verschillende onderdelen moeten aparte gietvormen gebouwd worden, omdat ze erg specifieke eigenschappen hebben. En juist die gietvormen bouwen is erg duur (tienduizenden euro’s) omdat ze tegen hele hoge temperaturen bestand moeten zijn en heel nauwkeurig bewerkt moeten worden. Kostentechnisch is het daarom zinvol om het aantal gietvormen die gemaakt moeten worden te beperken.

Als alternatief voor 3D-printen is het ook mogelijk om prototype onderdelen machinaal te maken. Hierbij wordt een blok plastic bewerkt tot het gewenste onderdeel overblijft. Dit is langzamer en duurder dan 3D printen, maar de mechanische eigenschappen liggen zeer dicht bij het eindproduct.