US-Forscher stellen ultraschnelles iCLIP-3D-Druckverfahren vor

Ein neues Polymerisationsverfahren, entwickelt von Forschern der Stanford University, soll laut einer Pressemitteilung „fünf- bis zehnmal schneller“ als die derzeit schnellsten hochauflösenden Harz-3D-Drucker auf dem Markt sein. Die Forscher haben mit ihrem „iCLIP“-Verfahren die von Carbon entwickelten Continuous Liquid Interface Production (CLIP)-Methode neu interpretiert, indem sie die sauerstoffgefüllte „toten Zone“ am Boden des Harzpools eines CLIP-Druckers umnutzen. Indem sie zusätzliches Material in diesem Raum pumpen, beschleunigen sie den Prozess und schalten einzigartige kanalintegrierte Teiledesigns frei. Ihre Arbeit stellen die Forscher im Fachjournal Science Advances in einem Artikel mit dem Titel „Injection Continuous Liquid Interface Production of 3D Objects“ vor.

Joseph DeSimone, einer der Autoren der Studie und Mitbegründer von Carbon, sagte:

„Diese neue Technologie wird dazu beitragen, das Potenzial des 3D-Drucks voll auszuschöpfen. Damit können wir viel schneller drucken, ein neues Zeitalter der digitalen Fertigung einläuten und die Herstellung komplexer Objekte aus mehreren Materialien in einem einzigen Schritt ermöglichen.“

Photopolymerisation

DeSimone hat den CLIP-3D-Druck, der bei seiner Einführung im Jahr 2015 von seinem 3D-Druck-Unternehmen Carbon patentiert wurde, mitentwickelt. Das Photopolymerisationsverfahren funktioniert durch schichtweise Auftragen von Material, sondern durch den Ausgleich von UV-Licht-Wechselwirkungen. Objekte entstehen dadurch in einem viel schnelleren Prozess aus einem Harzpool heraus. Eine zehn Mikrometer dicke tote Zone im Harzpool ist das Herzstück der CLIP-Methode, da in dieser keine Photopolymerisation stattfindet.

Oberhalb dieses Bereichs werden Querschnittsbilder eines 3D-Modells effektiv in das Material projiziert. Es wird in die gewünschte Form gehärtet. Steigt ein verfestigtes Stück auf, soll flüssiges Harz dahinter eingefüllt werden, um eine reibungslose, kontinuierliche Aushärtung zu ermöglichen. Steigt ein Build zu schnell auf oder hat das Harz eine besonders hohe Viskosität, passiert das jedoch nicht immer.

Einer der Co-Autoren der Studie, Gabriel Lipkowitz, sagte:

„Der Harzfluss bei CLIP ist ein sehr passiver Prozess – Sie ziehen das Objekt einfach nach oben und hoffen, dass das Material durch das Saugen dorthin gebracht werden kann, wo es benötigt wird. Mit dieser neuen Technologie injizieren wir Harz aktiv in die Bereiche des Druckers, wo es benötigt wird.“

So funktioniert das iCLIP-Verfahren

Der neue Ansatz mit dem iCLIP-Verfahren soll das Problem beheben, indem plattformmontierte Spritzenpumpen Harz an Schlüsselstellen des Aufbaus hinzufügen. Das zusätzliche Harz, das in iCLIP-Konstruktionen gepumpt wird, wird über Leitungen zugeführt, die gleichzeitig mit Teiledesigns gedruckt werden. Nach der Fertigstellung des Objekts können diese entfernt werden. Die Forscher erklären, dass ihre Integration in Builds einzigartige Teile mit integrierten venenähnlichen Kanälen freischaltet. Laut den Forschern könnte das separate Einspritzen von zusätzlichem Harz außerdem die Einführung mehrerer Materialtypen während des Druckprozesses ermöglichen. Die Forscher rüsteten ein Prototypsystem mit drei Spritzen aus, die jeweils mit einem anderen farbstofffarbenen Harz gefüllt waren, und druckten winzige Testmodelle berühmter Gebäude.

Diese wiesen im Vergleich zu CLIP-3D-gedruckten Konstruktionen weniger Defekte auf. Sie erklärten, dass iCLIP die Saugkräfte eliminiert, die den Prozess verlangsamen und unerwünschtes Harz in die Peripherie der toten Zone einer Maschine ziehen können. Sie beobachteten während der Produktion eine Instabilität, die durch Wechselwirkungen zwischen niedrig- und hochviskosen Harzen verursacht wird, eine sogenannte „viskose Fingerbildung“, welche durch eine sorgfältige Spritzenpositionierung gemildert würde. Nun arbeiten die Forscher an einem Programm, das das Flüssigkeitsverteilungsnetz jedes Teils optimiert und den Prozess weiter beschleunigt.

Lipkowitz sagte abschließend:

„Ein Designer sollte die Strömungsdynamik nicht verstehen müssen, um ein Objekt extrem schnell zu drucken. Wir versuchen, eine effiziente Software zu entwickeln, die ein Teil, das ein Designer drucken möchte, verarbeiten und nicht nur automatisch das Drucknetz zu generieren, sondern auch die Durchflussraten bestimmen kann, um verschiedene Harze zu verabreichen, um ein Multi-Material-Druckmöglichkeit zu erreichen.“

So funktioniert das CLIP-Verfahren (Video)