Forscher der McCormick School of Engineering an der Northwestern University haben ein neuartiges 3D-Druckverfahren entwickelt, mit dem sie schneller hochpräzise Ergebnisse bei komplexen Strukturen erreichen können. Dabei setzen sie auf einen Roboterarm, der während des Drucks geschwenkt und gedreht werden kann, ohne ein neues Modell zu benötigen. Anhand von Beispielen demonstrierten sie die Leistungsfähigkeit ihrer neuen Methode.

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Forscher der McCormick School of Engineering an der amerikanischen Northwestern University haben laut einer Pressemitteilung eine Methode entwickelt, mit Licht schnelleren und präziseren 3D-Druck zu erreichen. Ein hochpräziser Roboterarm bewegt dabei jede Schicht während des Aufbaus der Struktur und kann sie außerdem drehen und erweitern.

Die Arbeit der Forscher unter der Leitung von Cheng Sun wurde in der Fachzeitschrift Advanced Materials im Artikel mit dem Titel „Conformal Geometry and Multimaterial Additive Manufacturing through Freeform Transformation of Building Layers“ vorgestellt.

„on the fly“

Ein herkömmlicher 3D-Drucker repliziert ein digitales Modell, schneidet es vorab mit einer Slicer-Software in Schichten und baut es dann mit dem 3D-Drucker Schicht für Schicht auf. Bei dem neuen Verfahren geschieht dies ebenso, jedoch ist der Roboterarm in der Lage, die Druckrichtung zu schwenken und kann das Objekt damit flexibler, detailgenauer und auch komplexere Objekte aufbauen. Der 3D-Druck einer komplizierten Struktur wird mit der „on-the-fly“-Funktion somit deutlich einfacher und bietet mehr Flexibilität, wie das Bild unten zeigt.

Cheng Sun, Associate Professor für Maschinenbau an der McCormick School of Engineering, erklärt:

„Wir sind mit dem 3D-Drucker nicht mehr nur in der Lage, ein entworfenes Modell nachzubilden. Unser neuer Prozess erlaubt es uns, dynamischer zu arbeiten und alle Schichten mit Licht zusammenzusetzen. Jede Schicht kann dabei mit einem hohen Grad an Freiheit bewegt werden.“

3D-gedruckter Eiffelturm
Die Forscher demonstrierten die Leistung ihres 3D-Druckverfahrens anhand von Druckbeispielen wie diesem 3D-gedruckten Eiffelturm (Bild © Northwestern University).

4000 Schichten in zwei Minuten

Die Forscher verwenden den Roboterarm zusammen mit flüssigem Fotopolymer, das durch Licht aktiviert und ausgehärtet wird. Die 3D-Strukturen werden mit einem verbesserten geometrischen Komplex, Effizienz und Qualität aus einem Bad aus flüssigem Harz vom Roboterarm herausgezogen. Die Druckrichtung lässt sich dabei dynamisch ändern. 4000 Schichten können so in 2 Minuten gedruckt werden.

Sun erklärt:

„Wenn das flüssige Polymer beleuchtet wird, vernetzt oder polymerisiert es und wandelt die Flüssigkeit in einen Feststoff um. Dies trägt zur Geschwindigkeit und Präzision unseres 3D-Druckprozesses bei – zwei große Herausforderungen, denen sich der konventionelle 3D-Druck gegenübersieht.“

Sun weiter:

„Dies ist ein sehr schneller Prozess, und es gibt keine Unterbrechung zwischen den Schichten. Wir hoffen, dass die Fertigungsindustrie davon profitieren wird. Das allgemeine Druckverfahren ist mit einer Vielzahl von Materialien kompatibel.“

Das 3D-Druckverfahren soll laut Sun sowohl auf additive als auch auf subtraktive Herstellungsverfahren angewendet werden können. Er beschreibt es als eine Brücke zu einem wirklichen hybriden Verfahren.
Mit verschiedenen Anwendungen wie dem Druck eines kundenspezifischen Gefäßstents und dem Druck eines pneumatischen Greifers aus einem weichen und einem harten Material demonstrierten die Forscher die Fähigkeiten ihrer neuen Methode. Zu den Beispielen gehören auch eine Doppelhelix und ein winziger Eiffelturm.

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