Forscher des Wyss Institutes an der Harvard University haben ein neues 3D-Druckverfahren entwickelt, mit dem komplexe Objekte sehr schnell und in nur einem Schritt gedruckt werden können. Das sogenannte „Multimaterial-Multinoozle-3D-Druckverfahren“ arbeitet mit mehreren Druckköpfen, die unterschiedliche Mengen an Düsen – je nach Bedarf – einsetzen und in hoher Geschwindigkeit wechseln können.

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Das Wyss Institute an der Harvard University hat mit dem Multimaterial Multinozzle 3D (MM3D) -Druck ein Verfahren zum 3D-Druck komplexer Strukturen vorgestellt. Jede auf dem Extruder befindliche Düse ist mit bis zu acht unterschiedlichen Materialien gefüllt. Während des Drucks kann die Düse sehr schnell zwischen den Materialien wechseln. Laut den Entwicklern ist das bis zu 50 Mal pro Sekunde möglich.

Die Studie zu dieser Entwicklung trägt laut einer Pressemitteilung den Namen „Voxelated soft matter via Multimaterial Multinozzle 3D Printing“ und wurde im Wissenschaftsmagazin Nature publiziert. Wissenschaftler der University of Wisconsin-Madison untersuchten im März 2019 den Einfluss der Wellenlänge von Licht auf den 3D-Druck multimaterieller Objekte.

Schneller Druck komplexer Formen

Beim MM3D-3D-Druck kommen Hochgeschwindigkeits-Druckventile zum Einsatz, mit denen schnelles, kontinuierliches und nahtloses Umschalten zwischen bis zu acht verschiedenen Druckmaterialien möglich ist. Mit dieser Methode, wo auf 3D-gedruckte Druckköpfe mit einer einzelnen Düse bis hin zu Druckköpfen mit großen Mehrdüsenarrays zurückgegriffen wird, können komplexe Formen deutlich schneller gedruckt werden.

Mark Skylar-Scott, Co-Autor der Studie und ein wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Wyss, erklärt, „MM3Ds Kombination von Mehrfachdüsen-Arrays mit der Fähigkeit, schnell zwischen mehreren Tinten zu wechseln, eliminiert effektiv die Zeit, die für das Wechseln der Druckköpfe benötigt wird, und hilft dabei, das Skalierungsgesetz von kubisch auf linear zu senken, sodass Sie periodische 3D-Objekte mit mehreren Materialien viel schneller drucken können.“

Das Einwegströmungsverhalten, das durch den Betrieb mit Druckköpfen mit einer Reihe schneller pneumatischer Ventile entsteht, ermöglicht das schnelle Zusammenfügen von Multimaterialfilamenten, die kontinuierlich aus jeder Düse herausfließen, zu einem 3D-Multimaterialteil. Dank der angepassten Länge der Tintenkanäle können Materialien mit unterschiedlichen Fließspannungen und Viskositäten berücksichtigt werden, die schneller oder langsamer als andere Tinten fließen.

Demonstration anhand eines Miura-Origami-Musters

Die Forscher druckten ein Miura-Origami-Muster, um die Methode zu demonstrieren. Dieses besteht aus steifen „Paneel“-Abschnitten, die durch hochflexible „Scharnier“-Abschnitte verbunden sind. Mit herkömmlichen 3D-Druckmethoden hätte man das Objekt manuell zu gestapelten Schichten zusammenfügen müssen. Die MM3D-Druck-Methode ermöglicht den Druck des gesamten Objekts in einem Schritt. Dabei werden acht Düsen genutzt, um zwei alternierende Epoxytinten mit um vier Größenordnungen unterschiedlichen Steifigkeiten kontinuierlich zu extrudieren.

Über 1.000 Faltzyklen später versagten die Scharniere, was auf eine hohe Qualität der Übergänge zwischen steifem und flexiblem Material während des Druckens deutet. Laut den Entwicklern können bisher MM3D-Druckköpfe nur sich wiederholende Teile drucken. An einer Weiterentwicklung wird gearbeitet.

Multimaterial-Multinoozle-3D-Druck

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