Eine große Herausforderung beim 3D-Druck ist immer noch der hoch detaillierter Druck in hoher Geschwindigkeit bei möglichst minimalen Materialverlust und in voller Farben. Bis aus den farbigen Druck erfüllt das Selektive Lasersintern (SLS)-Verfahren schon zahlreiche Kriterien. Das spanische Institute of Photonic Sciences (ICFO) hat sich jetzt auch dem Problem der Mehrfarbigkeit beim SLS-3D-Druck angenommen und mit Photosensiblatoren eine brauchbare Lösung gefunden. Wir geben einen kleinen Einblick in die neue Methode.

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Beim 3D-Druck stößt man immer noch häufig auf eine große Herausforderung – hoch detailliert und in voller Farbe zu drucken. Diese Fähigkeit besitzen außer der Stereolithographie (SLA) und dem Selektiven Laserschmelzen (SLS) nur wenige 3D-Drucktechnologien. Um dieses Problem zu lösen, haben in Spanien Forscher des Institute of Photonic Sciences (ICFO)  ein noch kostengünstigeres und schnelleres 3D-Druckverfahren entwickelt, mit dem das 3D-Drucken von Objekten in allen Farben ermöglicht wird. Die Ergebnisse ihrer Arbeit wurden in der Zeitschrift Nano Letters veröffentlicht.

Über das SLS-3D-Druckverfahren

Das SLS-3D-Druckverfahren wird von vielen Akteuren aus der 3D-Druckwelt geschätzt. Einer dieser ist der renommierte deutsche Automobilhersteller Daimler, der einen SLS-3D-Drucker in der Produktentwicklung einsetzen will, um auf diese Weise auch vereinzelt Bauteile herstellen und Prototypen anfertigen zu können.

SLS-3D-Drucker verwenden als Energiequelle einen Laser, um ausgewählte Bereiche eines pulverisierten Materials zu schmelzen. So wird eine solide 3D-Struktur gebildet, wobei typischerweise Polyamid oder Nylon benutzt wird. Die Bauplattform fällt um einen voreingestellten Betrag ab, sobald die erste Druckschicht fertiggestellt wird. Danach wird der zweite Querschnitt direkt auf eine weitere abgelegte Materialschicht verschmolzen. Dieser Prozess läuft so lange ab, bis alle Querschnitte verlegt und verschmolzen sind.

bunter kleiner Drache gedruckt in drei Farben
Beim 3D-Druck stößt man immer noch häufig auf eine große Herausforderung – in hoch detaillierter und voller Farbe zu drucken (Bild © American Chemical Society).

Photosensibilisatoren erleichtern das Schmelzen von Polymerpulvern

Laut einem Bericht auf der Webseite des Instituts kommt die Anwendung von photothermischen Sensibilisierungsmitteln zur Erleichterung des Schmelzens von Polymerpulvern immer häufiger zum Einsatz. Die Forscher haben den Polymerpulvern die Photosensibilisatoren hinzugefügt, um den Energiebedarf des Verfahrens zu reduzieren. Photosensibilisatoren wie Graphen, Ruß und Kohlenstoffnanoröhrchen absorbieren im Vergleich zu Polymeren viel stärker Licht und übertragen auch besser die Wärme.
Mit Photosensibilisatoren auf Basis von Kohlenstoff können jedoch nur Objekte gedruckt werden, die schwarz oder grau sind. Hier sind transparente Äquivalente nötig, um farbige oder weiße Drucke herstellen zu können. Die Forscher Romain Quidant, Gerasimos Konstantatos und ihre Kollegen bei IFCO haben sich das Ziel gesetzt, einen Photosensibilisator zu finden, der beim SLS-3D-Druckverfahren die Farbeinschränkungen überwinden soll. Das genannte Problem wollen die Forscher mit der Entwicklung resonanter Photosensibilisatoren aus plasmonischen Nanopartikeln lösen. Diese Photosensibilisatoren interagieren nur minimal mit dem sichtbaren Licht.

Kosteneffektives Material für die Herstellung

Bevor die Goldnanostäbchen mit Polyamidpulvern vermischt werden, müssen sie mit Siliciumdioxid beschichtet werden, um bunte und stabile Nanokompositpulver erzeugen zu können. Den Forschern zufolge konnten diese Komposite mit geringer Energie unter Verwendung von Lichtquellen geschmolzen werden. Zudem zeigten sie eine bessere Umwandlung von Licht zu Wärme im Vergleich zu äquivalenten Kompositen. Die neuen Photosensibilisatoren könnten darüber hinaus in Mischung mit Farbstoffen hellfarbige und weiße 3D-Druckobjekte erzeugen.

Skizze des Prozesses
Photosensibilisatoren erleichtern das Schmelzen von Polymerpulvern (Bild © American Chemical Society).

Die Forscher behaupten, dass die Materialien in großem Maßstab für die Herstellung kosteneffektiv sind. Im Zusammenhang mit der neuen 3D-Drucktechnologie wurden auch mehrere Patentanmeldungen eingereicht. Mit den neuen Photosensibilisatoren soll nun die Herstellung farbiger und vor allem funktioneller 3D-Druckobjekte ermöglicht werden. Sie zeugen von der stetigen Weiterentwicklung des SLS-3D-Drucks und versprechen positive Veränderungen in diesem Bereich.

Wie der 3D-Druck ansich wird auch das SLS-3D-Druckverfahren stets verbessert. Creabis zum Beispiel hat vor gut einem Jahr eine Einfärbanlage installiert, mit der sich SLS-Bauteile mit einer Samt-Glanz-Oberfläche versehen lassen. Durch Druckstrahlen werden 3D-gedruckte Objekte glänzend und glatt.  Abonnieren Sie unseren 3D-Druck-Newsletter und bleiben Sie auch zukünftig über die neuesten Entwicklungen der 3D-Drucktechnologie kostenlos informiert.

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