Forscher der Yokohama National University in Japan haben ein Verfahren entwickelt, mit dem der 3D-Druck von Mikrostrukturen aus mehreren Materialien möglich ist. Ziel der Forschung war es mit Hilfe des 3D-Druckverfahrens Hohlräume und Kreuzkontaminationen zu verhindern und somit Abfall zu reduzieren. Wie den Forschern das gelang, erklären wir in diesem Artikel.
An der Yokohama National University in Japan hat ein Team von Forschern eine Methode für den 3D-Druck mehrfarbiger Mikrostrukturen mit verschiedenen Materialien entwickelt. Das Verfahren basiert auf der Stereolithographie. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachjournal Optical Materials Express in einer Arbeit mit dem Titel „Multi-material microstereolithography using a palette with multicolor photocurable resins„.
Einstufige Herstellung von Strukturen aus mehreren Materialien
Bei dieser 3D-Druckmethode können mehrere Harze in einem Tröpfchenzustand suspendiert und so während des Drucks ausgetauscht werden. Den Forschern ist es wichtig, eine Reihe mehrfarbiger Objekte aus mehreren Materialien herzustellen. Dabei wollen sie Abfälle reduzieren und Hohlräume vermeiden. Die Methode lässt sich in der Medizin einsetzen, bei optischen Teilen oder Sensoren.
Das Multi-Material-System J750 von Stratasys bietet eine gute Lösung für den Einsatz mehrerer Materialien. Einige Forscher haben versucht, ähnliche Verfahren zu entwickeln, sind jedoch an Hohlräumen und Kreuzkontaminationen gescheitert.
Shoji Maruo, Teamleiter des Forschungsprojekts an der YNU, sagt:
„Durch die Kombination mehrerer Arten von Materialien kann eine Funktion erstellt werden, die mit einem einzigen Material nicht realisiert werden kann. Methoden wie unsere, die die einstufige Herstellung von Strukturen aus mehreren Materialien ermöglichen, eliminieren Montageprozesse und ermöglichen die hochpräzise, kostengünstige Herstellung von Geräten.“
Details zum 3D-Druckverfahren der YNU
Für seinen Prozess entwickelte das japanische Forscherteam ein zweistufiges Reinigungsverfahren. Eine Glaspalette wurde dazu auf einem linearen Translationstisch montiert, die mit einer Luftblaseinheit im zweiten Tank zum Trocknen der Materialien genutzt wurde. Auf der Glasplatte konnten mehrere Harztropfen und zwei Tanks mit Reinigungsmitteln gesichert werden. Die Tanks verhinderten jegliche Kreuzkontamination.
Um die Blasen, die sich beim Austausch der photohärtbaren Harze im 3D-Modell bildeten, herauszudrücken, bewegten sie das Modell horizontal, während sie es über der Palette hielten und einen kleinen Spalt ließen. Das fertige 3D-gedruckte Objekt war nun ohne Hohlräume.
Es folgten Tests mit verschiedenen photohärtbaren Harzen, bei denen viele winzige Mikrostrukturen entstanden. Ein sechsstündiges Experiment brachte einen mehrfarbigen Würfel mit 50 Schichten hervor. Fünfmal fünf farbige Harze wurden dazu ausgetauscht. Für die Forscher war der erfolgreiche Test ein Beweis, dass ihre Methode funktioniert.