Forscher der Rutgers University haben eine 3D-Druck-Methode entwickelt, die die Kosten beim 3D-Druck deutlich senken soll. Ihren Ansatz nennen sie „Multiplexed Fused Filament Fabrication“, kurz MF3. Wir stellen den laut den Forschern deutlich schnelleren und präziseren 3D-Druck-Ansatz einmal genauer vor.
Mit dem Multiplexed Fused Filament Fabrication (MF3)-Ansatz ist es Forschern der Rutgers School of Engineering gelungen, große und komplexe Teile zu einem Bruchteil der Kosten aktueller Methoden mit 3D-Druck herzustellen. Dabei verwenden sie einzelne Gleitstrukturen von 3D-Druckern, um einzelne oder mehrere Teile gleichzeitig zu drucken. Sie programmierten ihren Prototypen so, dass er sich in effizienten Mustern bewegte.
Sie verwendeten dafür eine Reihe kleiner Düsen statt einer einzigen großen Düse, wie es beim konventionellen Druck üblich ist. Damit trugen sie geschmolzenes Material auf und konnten die Druckauflösung und -Größe erhöhen. Die Druckzeit verkürzte sich deutlich. Die Forscher haben ihre Arbeit in einem Artikel mit dem Titel „Scalable, flexible and resilient parallelization of fused filament fabrication: Breaking endemic tradeoffs in material extrusion additive manufacturing“ veröffentlicht.
Jeremy Cleeman, ein Doktorand Forscher an der Rutgers School of Engineering und Hauptautor der Studie, sagte:
„Wir müssen noch weitere Tests durchführen, um die Stärke und das geometrische Potenzial der Teile zu verstehen, die wir herstellen können, aber solange diese Elemente vorhanden sind, glauben wir, dass dies ein Wendepunkt für die Branche sein könnte.“
Software als Herzstück
Die Forscher der Rutgers University erklären, dass Hersteller von 3D-Druckern mit einem Kompromiss zwischen der Auflösung des Endprodukts im Vergleich zur Geschwindigkeit, mit der das Material aufgetragen wird, kämpfen. Haben die Düsen einen größeren Durchmesser, sind diese schneller als kleinere. Die Druckergebnisse müssen anschließend jedoch nachbearbeitet werden, was die Kosten erhöht. Kleinere Düsen tragen Material mit größerer Auflösung auf, aber aktuelle Verfahren mit herkömmlicher Software sind zu langsam, um kosteneffektiv zu sein.
Bei MF3 ist eine Software das wichtigste Element. Um einen 3D-Drucker zu programmieren, nutzen Anwender einen Slicer, der ein Objekt in „Scheiben“ oder „Schichten“ abbildet, die dann vom 3D-Drucker schichtweise nachgedruckt werden. Die Slicer-Software der Forscher optimiert die Bewegung des Portalarms und legt fest, wann die Düsen ein- und ausgeschaltet werden, um so effizient wie möglich zu sein. Mit dieser „Toolpath-Strategie“ von MF3 können sie gleichzeitig mehrere, geometrisch unterschiedliche, nicht zusammenhängende Teile unterschiedlicher Größe mit einem einzigen Drucker anfertigen.
MF3-Verfahren wurde patentiert
Für Cleeman hat dies einige Vorteile. Die in MF3 verwendete Hardware kann von der Stange gekauft werden und muss nicht angepasst werden. Das macht eine Einführung leichter. Das Team um Cleeman hat außerdem ein US-Patent für die Technologie beantragt. Die Düsen lassen sich unabhängig voneinander ein- und ausschalten. So verfügt ein MF3-Drucker über eine integrierte Ausfallsicherheit, was die Kosten niedrig hält. Fällt normalerweise eine Düse aus, muss der Druck angehalten werden. Mit MF3 kann eine andere Düse die Arbeit der defekten Düse übernehmen.