Forscher des Imperial College London und des Defense Science and Technology Laboratory präsentierten einen 3D-Drucker, der für die Multimaterial-Fertigung geeignet ist. Die Forschungsarbeit wurde in der neuen Ausgabe des Journals „3D Printing and Additive Manufacturing“ vorgestellt.

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Die Forscher rund um Professor Curtis vom Imperial College London sowie des britischen Defense Science and Technology Laboratory versetzten den neu entwickelten 3D-Drucker in die Lage, mit unterschiedlichen Materialien arbeiten zu können. So ist ein offenes Experimentieren mit niedrigschmelzenden Legierungen, Harzen und 3D-druckbaren Elastomeren möglich. Das System verstehe sich als kostengünstige Alternative zu den bisher erhältlichen Multimaterial-3D-Druckern, die beispielsweise von Stratasys angeboten werden.

Kundenspezifische 3D-Drucker-Konfiguration

Multimaterial-3D-Drucker des Imperial College LondonDas kundenspezifische System besteht aus drei Druckköpfen. Dazu gehören ein Inkjet, der die Verwendung von Tinten bei Raumtemperatur ermöglicht, eine kontinuierliche Düse, die bei der Harzabscheidung eingesetzt wird, und ein erhitzbarer Tintenstrahlkopf.

Die Fähigkeiten des benutzerdefinierten 3D-Druckers lassen sich durch die Verwendung eines lokal resonanten Metamaterials (LRM) erreichen. Zugleich sorgt es für die Reduzierung unerwünschter Geräusche und Vibrationen. Das LRM weist die Form einer rechteckigen Zelle auf und ist mit drei metallischen Kernen ausgestattet.

Aufbau einer LRM-Zelle

Die LRM-Zelle besitzt eine äußere Schale, die aus Permabond UV625-Harz besteht. Dieses Material härtet zu einem steifen, haltbaren, transparenten Material aus, sobald es mit UV-Licht bestrahlt und durch die kontinuierliche Düse abgelagert wird. Bei Raumtemperatur fügt der erste Inkjet-Kopf eine Schicht aus Silikon hinzu. Der Metallkern, der aus Zinn, Silber und Kupfer besteht, wird dann durch den erwärmten Tintenstrahlkopf geführt. Die nachfolgenden Schichten werden in der gleichen Weise hergestellt. Dadurch bildet sich um den Kern die Dichtung.

Aufbau einer LRM-Zelle
Schematische Darstellung des Aufbaus einer LRM-Zelle. (Bild: © Irfan Raza)

Beim Multimaterialdruck können die Wege mehrerer Druckköpfe gleichzeitig gesteuert werden. Dazu entwickelten die Forscher das Programm LabVIEW. Diese Software ermöglicht den Druck in sechs verschiedenen Zuständen, angefangen vom Leerlauf bis hin zum 3D-Druck des Objektes.

Bei einem dieser Zustände hat der Nutzer die Möglichkeit, ein neues Material zu testen, um so herauszubekommen, wie es sich auf dem Druckbett ablagert, indem es dafür vordefinierte Strukturen nutzt. Zu diesen Strukturen gehören eine einzelne Linie, ein Kreis und ein Zylinder. In einem weiteren Zustand ist es möglich, die 3D-Druckkoordinaten für eine hochgeladene STL-Datei zu erstellen. Diese Daten lassen sich dann ändern, der Inhalt der Datei wird dann sofort an den Drucker übermittelt und dieser in Gang gesetzt.

Aufbau des Arbeitsplatzes und Darstellung des Multimaterial-3D-Druckers
Schematische Darstellung, Modell des Druckers und Ausstattung eines Arbeitsplatzes. (Bild: © Irfan Raza)

Neues 3D-Drucker- und Softwaresystem besitzt viel Potenzial

Das vom Imperial Collage London entwickelte 3D-Drucker- und Softwaresystem besitzt ein vielversprechendes Potenzial für die zukünftige Entwicklung. In dem beheizten Inkjet können alternative Materialien zur Tröpfchenherstellung verwendet werden. So lassen sich alternative Designs herstellen und untersuchen. So können unter anderem Erkenntnisse darüber gewonnen werden, wie der Drucker mit einer unregelmäßigen Geometrie fertig wird.

Zugleich ist eine Weiterentwicklung der Geometrie-Verarbeitungsmethode notwendig, damit der Anwender einzelne STL-Dateien hochladen kann und verschiedene Materialkomponenten im Multimaterialobjekt verwendbar sind.

Die komplette Studie trägt den Titel „Introducing a Multimaterial Printer for the Deposition of Low Melting Point Alloys, Elastomer, and Ultraviolet Curable Resin“ und kann über die Webseite des 3D-Printing and Additive Manufacturing Journals abgerufen werden.

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