Das von der Carbon, Inc. entwickelte Digital Light Synthesis (DLS) 3D-Druck-Verfahren arbeitet mit Resin, einer digitalen Lichtprojekton, sauerstoffundurchlässiger Optik und hochwertigen Materialien. So werden polymere Teile, die mit außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften, Auflösungen und einer hervorragenden Oberflächengüte aufwarten, produziert.
Mit dem Carbon DLS-Verfahren ist es Ingenieuren und Designern möglich, schneller zu iterieren und ihre Objekte bei Bedarf radikal neu zu konzipieren. Das Verfahren ermöglicht es, konsolidierte Teile, nicht formbare Geometrien und über die Software abgestimmte Gitter zu fertigen.
Funktionsweise des DLS-Prozesses und CLIP-Technologie
So funktioniert das DLS-Verfahren: Angetrieben wird der DLS-Prozess durch die Continuous Liquid Interface Production (CLIP), einen photochemischen Prozess, welcher flüssige Kunststoffe unter Zuhilfenahme von UV-Licht zu festen Teilen aushärtet. Dazu wird das Licht durch ein sauerstoffdurchlässiges Fenster in einen Tank mit UV-härtbarem Harz (Resin) projiziert. Dann wird eine Folge von UV-Bildern projiziert, das Objekt verfestigt und die Bauplattform hebt sich. Das Herzstück des CLIP-Verfahrens stellt eine dünne flüssige Grenzfläche, die aus nicht ausgehärtetem Harz besteht und sich zwischen dem Fenster und dem Druckteil befindet. Diesen Bereich bezeichnet man auch als „tote Zone“. Diese Zone wird vom Licht durchdrungen und das darüber liegende Harz kann somit aushärten. So entsteht ein festes Teil, welches aber nicht auf dem Fenster aushärtet. Während des Druckvorgangs fließt das Resin unter das auszuhärtende Teil, was dafür sorgt, dass eine „kontinuierliche Flüssigkeitsgrenzfläche“ bestehen bleibt, welche die CLIP antreibt. So wird ein langsamer und teilweise gewaltsamer Ablöseprozess, den es bei vielen anderen auf der Basis von Harz arbeitenden 3D-Druckern gibt, verhindert.
Verbesserte Materialqualität durch Wärmebehandlung
Bei vielen 3D-Druck-Verfahren, die mit Harz arbeiten, entstehen teilweise spröde oder schwache Teile. Dies wollte Carbon verhindern und hat deshalb eine zweite, mit Wärme aktivierte, programmierbare Chemie in die Materialien eingebettet. Wenn also ein Objekt mit einem Carbon-3D-Drucker gefertigt wurde, wird es in einem Ofen gebacken. Die Hitze löst eine zweite chemische Reaktion aus. Diese hat zur Folge, dass sich das Material anpasst und verfestigt. Es erhält somit sehr starke Eigenschaften, die Objekte haben also Ingenieurqualität.
Vorhersehbare isotrope mechanische Eigenschaften
Während 3D-gedruckte Teile oftmals eine unterschiedliche Festigkeit und mechanische Eigenschaften besitzen, ist dies beim DLS-3D-Druck-Verfahren von Carbon anders. Dieses fertigt Teile mit vorhersehbaren isotropen mechanischen Eigenschaften. Auf der Innenseite sind diese Objekte fest wie Teile, die im Spritzgussverfahren hergestellt werden, und verhalten sich in sämtliche Richtungen identisch.
Vorteile der DLS-Technologie für Entwickler und Designer
Durch die Auflösung und den sanften Fertigungsprozess ist es nicht notwendig, die Teile für jeden Schritt neu zu positionieren. Des Weiteren kann eine breite Palette an Materialien verwendet werden, welche die Anforderungen an Oberflächenbeschaffenheit und Detailtreue erfüllen.
Anwendungsmöglichkeiten und Materialvielfalt
Der isotrope Unterschied von Teilen, welche mit der Carbon-Plattform gefertigt wurden, liegt in der Totzone begründet. Denn hier verhindert die dünne Schicht Sauerstoff die Aushärtung in Fensternähe. Gleichzeitig fällt die Wirkung bei einem Abstand von etwa 20 µm von der Oberfläche des Fensters auf null ab. Das flüssige Harz durchdringt dann die z-Achse und härtet dann aus, sobald das Licht die Sauerstoffschicht verlässt. Während der Aushärtungsphase läuft eine Sekundärrektion ab, die ein molekulares Geflecht erzeugt, das die Festigkeit steigert. Die so gefertigten Teile sind, im Gegensatz zur Pulverbettfusion, vollständig dicht.
Mit Hilfe des DLS-Verfahrens ist es möglich, Dutzende Entwürfe in der Zeit zu testen, die früher für einen einzigen Versuch notwendig waren. Desgleichen besteht die Möglichkeit, nahtlos in die Produktion überzugehen und dabei die Möglichkeit zu nutzen, die Entwürfe ohne Umrüstung sofort zu überarbeiten. Gleichzeitig gibt es keine Einschränkungen in der Formbarkeit.
Carbon Design Engine Software für optimierte Gitterstrukturen
Mit Gittern können die Eigenschaften auf jedem einzelnen Millimeter festgelegt werden. Zur Generierung des richtigen Gitters bietet sich zum Beispiel die Carbon Design Engine Software an. Mit Hilfe der Carbon-Designsoftware können Texturen auf gekrümmte Oberflächen wie Griffe, Gehäuse etc. aufgetragen werden.