Piezoelektrischer 3D-Jet-Drucker für Studie neu entwickelt: Forscher der Jilin University untersuchen 3D-Druckverfahren von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität

Beim 3D-Druck mit Mikrotröpfchenstrahlen wird ein Material mit niedriger Viskosität verwendet. Das Verfahren Micro-Droplet Jetting Manufacture (MDJM) basiert auf der Discrete Deposition-Technologie, bei der durch ein 3D-Druckgerät die Flüssigkeit gesprüht und der Ausstoß von Tropfen gesteuert wird, um sich an einer bestimmten Position in ein 3D-Modell anzusammeln. Forscher aus China untersuchten jetzt dieses 3D-Druckverfahren für Flüssigkeiten mit hoher Viskosität.

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Logo der Jilin UniversityForscher arbeiten weltweit kontinuierlich an Entwicklung neuer Materialien und Verfahren für den 3D-Druck. Das führt zu neuartigen Entdeckungen, wie zum Beispiel dem 3D-Druck von höchst elastischen 3D-Objekten aus Schaumstoff oder der Entwicklung der hochfesten und ebenso flexiblen Materialien EPU 41 und EPX 82 für die Produktion von Carbon.

In Deutschland ist das Unternehemen VisoTec für seine Hardware fpr den 3D-Druck viskoser Materialien bekannt. So stellte das Unternehmen im letzten Jahr seinen „ViscoDUO-FDD 4/4“ vor, einen 3D-Druckkopf für zweikomponentige viskose Materialien. Im April diesen Jahres folgte eine optionale Heizfunktion für den 3D-Druckkopf vipro-Head, der die 3D-Druckmöglichkeiten mit dem Druckkopf für viskose Medien und Pasten nochmals erweiterte.

Studie untersucht 3D-Druckverfahren für Flüssigkeiten mit hoher Viskosität

Eine Gruppe von Forschern aus China untersuchte in der Studie „Research and Development of a 3D Jet Printer for High-Viscosity Molten liquids“ eine Drucktechnologie für Flüssigkeiten mit hoher Viskosität. Die neue Technologie wird zum Teil bereits in der Mikroelektronik, in der Herstellung von 3D-Mikrostrukturen, in der biomedizinischen Fertigung und in anderen Bereichen eingesetzt. Dazu wurde ein Jet-3D-Drucker für den 3D-Druck von hochviskosen Flüssigkeiten entwickelt.

Struktur des Jet-3D-Druckers
Für die Untersuchungen wurde ein Jet-3D-Drucker entwickelt (Bild © Forscherteam der School of Mechanical and Aerospace Engineering, Jilin University).

Der Kühlmechanismus soll bei den piezoelektrischen Stapeln den Nachteil überwinden, dass sie unter hohen Temperaturbedingungen nicht arbeiten können. Danach werden die Einflussfaktoren auf die Einspritzung durch Fluent geprüft und das mathematische Modell der Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Düse abgeleitet. Die Beziehung zwischen Nadelgeschwindigkeit und Spannungsdifferenz wurde ermittelt sowie die Nadelgeschwindigkeit mit einem Laser-Mikrometer getestet. Mit den Einflussfaktoren der Einspritzung wurden mehrere Experimente durchgeführt, wie zum Beispiel mit dem Düsenkegelwinkel, dem Düsendurchmesser, dem Nadelradius und der Spannungsdifferenz.

In der Studie kamen die Forscher zu folgenden Schlussfolgerungen

  • Piezoelektrische Stapel können nicht unter hohen Temperaturbedingungen arbeiten, jedoch kann dieses Problem mit einem Kühlmechanismus behoben werden.
  • Die Nadelgeschwindigkeit korreliert positiv mit der Spannungsdifferenz der piezoelektrischen Stapel.
  • Die Ausstoßkapazität des Jet-3D-Druckers korreliert negativ mit dem Kegelwinkel und dem Durchmesser der Düse und positiv mit dem Radius und der Geschwindigkeit der Nadel.
  • Unter Anwendung einer Düse mit einem 50 µm Durchmesser, einem Kegelwinkel von 90°, einer Nadel mit einem 0,4 mm Radius, einer Spannungsdifferenz von 98 V und einem Versorgungsdruck von 0,05 Mpa, wird durch experimentellen Vergleich eine geschmolzene Flüssigkeit mit einer 8000 cps Viskosität und einem Tropfendurchmesser von 275 μm versprüht werden.

Die Forscher verwendeten für diese Studie eine Art Polyurethan. Zudem sollte der Fokus in zukünftigen Studien auf den Einfluss von anderen geschmolzenen Flüssigkeiten mit hoher Viskosität liegen. Dies könnte für die Technologie möglicherweise neue Anwendungen eröffnen. Über alle neuen Entwicklungen zum 3D-Druck viskoser Materialien berichten wir auch zukünftig in unserem kostenlosen 3D-Druck-Newsletter.

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