Replikator: Forscher aus den USA stellen mit Computed Axial Lithography (CAL) neuartiges 3D-Druckverfahren vor

Forscher der UC Berkeley in Kalifornien (USA) haben eine Methode vorgestellt, mit der sie Objekte beinahe vollständig automatisierte replizieren können. Die Methode namens Computed Axial Lithography (CAL) wird von den Wissenschaftlern auch als „Replikator“ bezeichnet.

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Mit der Computed Axial Lithography (CAL) haben US-Forscher laut einem Artikel der Berkeley University of California ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Objekte fast vollständig automatisiert replizieren lassen. Grundlage ist eine dem CT-Scan ähnliche Verfahrensweise. Das zu replizierende Objekt wird zunächst digital erfasst und dann im SLA-3D-Druckverfahren als 1:1-Kopie in einem Stück hergestellt.

Die Entwickler gaben dem Prozess laut einem Artikel auf der Universitätswebsite den Spitznamen „Replikator“ in Anlehnung an den Replikator, der Science-Fiction-Fans aus der Star Trek-Serie bekannt sein dürfte. Gegenstände können mit dem Replikator im Film beliebig vervielfältigt werden.

Computed Axial Lithography (CAL) – der Ablauf

Beim Computed Axial Lithography (CAL) berechnet der Forscher mit Hilfe eines Computermodells, wie das Objekt aus verschiedenen Blickwinkeln aussieht. Die entstehenden Bilder speist er in einen Projektor ein. CAL erhärtet selektiv eine lichtempfindliche Flüssigkeit (Acrylat, ein Kunstharz) innerhalb des enthaltenen Volumens. Die Lichtenergie der Bilder wird in das Materialvolumen eingebracht. Die Projektionen breiten sich aus einem anderen Winkel durch das Material hindurch aus. Eine Überlagerung führt aus verschiedenen Winkeln zu einer ausreichenden dreidimensionalen Energiedosis, sodass das Material in der gewünschten Form verfestigt wird.

Das Kunstharz wird ab einem bestimmten Punkt polymerisiert, nachdem eine Chemikalie die Photonen absorbiert hat. Einzelne Harzmoleküle verbinden sich zu Ketten und bilden einen festen Kunststoff. Die übrig gebliebene Flüssigkeit wird entfernt. Fertig ist das 3D-Objekt.

Ansicht CAL Replikator
Der „Replikator“ fertigt Objekte aus Kunstharz (Bild © Hayden Taylor).

Vorteile gegenüber dem üblichen 3D-Druck

Die glatteren Strukturen machen den Prozess interessant für optische Komponenten. Auch Material mit hoher Viskosität eignet sich für den Einsatz mit CAL. Der Fertigungsprozess benötigt keine Stützstrukturen, selbst wenn überhängende oder nicht miteinander verbundene Teile gedruckt werden. Materialien mit niedrigem Elastizitätsmodul (z. B. für Bioprinting-Anwendungen), bei denen Schicht-für-Schicht-Aufbau zu schwierig wäre, eignen sich ebenfalls für diesen Prozess.

Metallschaft eines Schraubendrehers
Die Forscher haben als Machbarkeitsbeweis einen Polymergriff auf einem Metallschaft eines Schraubendrehers synthetisiert (Bild © UC Berkeley / Stephen McNally).

Das Verfahren ermöglicht die Fertigung von Komponenten mit einem Durchmesser von circa 500 mm bei einer Auflösung von bis zu 0,33 mm. Mit CAL können Materialien um eine bereits bestehende 3D-Struktur gedruckt werden.

Die Forscher haben als Machbarkeitsbeweis einen Polymergriff auf einem Metallschaft eines Schraubendrehers synthetisiert. Das Metallteil tauchten sie in ein Photopolymer. Die Methode wäre auch geeignet, um Elektronik zu verkapseln. Weitere Entwicklungen zu dem Verfahren gibt es zukünftig im kostenlosen Newsletter des 3D-grenzenlos Magazins (jetzt abonnieren).

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