Das Lewis Lab der Harvard University hat eine Methode für den 3D-Druck mehrerer Materialien in Spiralform entwickelt. Die Methode eignet sich unter anderem für die Verwendung in der Softrobotik. Wir stellen die Arbeit der Forscher einmal genauer vor.

Anzeige

Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences und des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering an der Harvard University haben ein Rotations-Multimaterial-3D-Druckverfahren entwickelt zur Herstellung spiralförmiger Filamente. Das Verfahren nutzten sie für den Entwurf und die Herstellung künstlicher Muskeln und federnder Gitter für den Einsatz in Softrobotik und strukturellen Anwendungen. Professor Jennifer Lewis und das Harvard Lewis Lab leiteten die Forschung des Teams. Ihre Arbeit veröffentlichten sie in einem Artikel mit dem Titel „Rotational Multimaterial Printing of Filaments with Subvoxel Control“.

Rotational Multimaterial 3D-Druckverfahren

Beim Rotational Multimaterial 3D-Druckverfahren (kurz RM 3DP-Verfahren) verfügt der Druckkopf über vier Tintenkartuschen, die jeweils verschiedene Materialien enthalten können. Die Tinten fließen durch eine komplexe Düse, die mehrere Materialien gleichzeitig bedruckt. Dabei dreht und verschiebt sich die Düse und es entsteht durch die extrudierten Tinten ein Filament mit eingebetteten spiralförmigen Merkmalen. Die Technik baut auf früheren Arbeiten zum Rotations-3D-Druck für Verbundwerkstoffe auf.

Jennifer Lewis, Hansjorg Wyss-Professorin für biologisch inspirierte Technik am SEAS und leitende Autorin der Studie, sagte:

„Unsere Plattform für additive Fertigung eröffnet neue Wege zur Erzeugung multifunktionaler architektonischer Materie in bioinspirierten Motiven.“

Natalie Larson, Postdoktorandin bei SEAS und Erstautorin der Studie, sagte:

„Der Rotations-Multimaterialdruck ermöglicht es uns, funktionale spiralförmige Filamente und Strukturgitter mit präzise kontrollierter Architektur und letztendlich Leistung zu erzeugen.“

Druckkopf mit vier Tinten
Beim RM 3DP-Verfahren besteht der Druckkopf aus vier Tintenkartuschen (Bild © Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences).

Filamente mit spiralförmigem Aufbau

Material wird spiralförmig mit einem 3D-Drucker extrudiert
Die Tinten werden durch eine komplexe Düse geleitet (im Bild: Material wird extrudiert)(Bild © Screenshot: 3D-grenzenlos Magazin; Videoquelle: Multimaterial 3D printing with a twist
/Youtube; Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences).

Synthetische Strukturen, die natürliche Systeme nachahmen, wurden bisher durch Wickeln, Verdrehen und Flechten einzelner Filamente, Mikrofluidik, Selbstformung und verschiedene Druckverfahren hergestellt. Es gelang bisher jedoch noch nicht, Filamente mit spiralförmigem Aufbau aus mehreren Materialien mit Subvoxel-Steuerung in beliebigen zweidimensionalen (2D) und dreidimensionalen (3D) Motiven aus einer breiten Palette von Materialien gleichzeitig zu erzeugen und zu strukturieren. Die in dieser Studie entwickelte neue Rotations-Multimaterial-3D-Druckplattform (RM-3DP) ermöglicht die Subvoxel-Steuerung der lokalen Ausrichtung von azimutal (in Bezug auf den Winkel über einer Ebene) heterogen aufgebauten Filamenten.

Mit einer Multimaterialdüse mit einem kontrollierten Verhältnis von Winkel- zu Translationsgeschwindigkeit haben die Forscher spiralförmige Filamente mit programmierbarem Steigungswinkel, Schichtdicke und Grenzfläche zwischen mehreren Materialien innerhalb eines bestimmten zylindrischen Voxels erzeugt. Mit dieser Methode haben die Forscher funktionelle künstliche Muskeln geschaffen, die aus helikalen dielektrischen Elastomer-Aktuatoren mit hoher Wiedergabetreue und individuell adressierbaren leitfähigen helikalen Kanälen eingebettet in eine dielektrische Elastomermatrix bestehen.

Hierarchische Gitter

extrudiertes Material
Der Rotations-Multimaterialdruck ermöglicht funktionale spiralförmige Filamente (im Bild: extrudiertes Material)(Bild © Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences).

Die Forscher haben außerdem hierarchische Gitter hergestellt, die aus konstruierten spiralförmigen Streben bestehen, die steife Federn in einer nachgiebigen Matrix enthalten. Damit sollen neue Wege zur Erzeugung multifunktionaler architektonischer Materie in bioinspirierten Motiven eröffnet werden. Als nächstes will das Team die Fähigkeiten dieses neuartigen 3D-Druckverfahrens nutzen, um noch komplexere Strukturen zu schaffen.

Larson sagte:

„Durch das Entwerfen und Bauen von Düsen mit extremeren inneren Merkmalen könnten die Auflösung, Komplexität und Leistung dieser hierarchischen bioinspirierten Strukturen weiter verbessert werden.“

Videovorstellung Multimaterial-3D-Druck (Video)

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

Zum Newsletter anmelden

Anzeige

Die Topseller der 05. Kalenderwoche 2023

PlatzierungNameGerätetypBester PreisShopMehr Infos
1Creality Ender-3 S1 Pro
Topseller
3D-Drucker339,76 €kaufenTest
2Artillery Sidewinder-X2
Topseller
3D-Drucker249,00 €
Rekordtiefpreis
kaufenTest
3SCULPFUN S30 Pro Max 20W
TOP-Aufsteiger
Lasergravierer799,00 €kaufenTest
4Creality Ender-3 S13D-Drucker303,00 €kaufen
5Creality Ender-5 S13D-Drucker482,88 €kaufenTest
6SCULPFUN S30 Pro 10WLasergravierer479,69 €kaufenTest
7LaserPecker 2 ProLasergravierer929,73 €kaufenTest
8ATOMSTACK A20 Pro 20WLasergravierer781,27 €kaufen
9QIDI TECH X-Max3D-Drucker829,00 €kaufenTest
10SCULPFUN S10Lasergravierer358,77 €kaufenTest
11ORTUR Laser Master 3Lasergravierer549,89 €kaufenTest
12QIDI TECH X-CF Pro3D-Drucker1.459,00 €kaufen

Gutschein-Code funktioniert nicht? Fehlerhaften Coupon melden | 3D-Drucker kaufen | 3D-Drucker kaufen | 3D-Druck-Shop