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Wissenschaftler der Seoul National University haben aus 2D-Zeichnungen dreidimensionale Objekte mit Eigenschaften aus dem 4D-Druck hergestellt. In einem Artikel im Magazin „Science Advances“ beschreibt der Forscher Woo Song et al, wie er eine mit einem Tintenstift erstellte 2D-Zeichnung in 4D-Geometrien umwandelt.
Details zur Arbeit der Forscher
Auf Teile des Objekts haben Forscher eine Tinte aus Polyvinylbutyral (PVB) aufgetragen. Durch die oberflächenspannungsunterstützte Transformation (STAT) hebt sich die Tinte als Reaktion auf Wasser vom Substrat ab. Das Team entwickelte eine Tinte, mit der Teile beim Eintauchen im Wasser verankert bleiben.
Der Austausch von Wasser gegen eine Monomerlösung einschließlich Kaliumpersulfat (KPS) polymerisiert die mit PVB beschichteten Bereiche. So werden diese auch nach dem Entfernen aus der Lösung fixiert. Dieser Vorgang wird als oberflächenkatalytisch initiierte radikalische Polymerisation (SCIRP) bezeichnet.
Ansatz für die Massenproduktion von 3D-Teilen
Mit dem Stiftplotter Axidraw konnten die Forscher automatisch 3D-Objekte mit hoher Reproduzierbarkeit und Genauigkeit erstellen. Die gezeichneten Objekte wurden als Reaktion auf Umgebungsvariablen zu 3D-Objekten. Der Prozess kann den Forschern zufolge als eine Art 4D-Druck betrachtet werden.
Das Verfahren wurde auf Glas, Kunststoff, Poly (dimethylsiloxan) PDMS, Stein, Blatt und andere Substrate angewendet. Es wurde zu einem Roll-to-Roll-Verfahren erweitert, welches die Massenproduktion von 3D-Geometrien auf einem dünnen, flexiblen Polyvinylchloridsubstrat demonstrierte.
Das Team demonstrierte eine Methode, mit der die 3D-Beschaffenheit ihrer Zeichnungen mit einer Tinte zum Verankern, einer Tinte zum Schweben und der KPS-Lösung zum Aushärten gesteuert werden kann. Laut den Autoren kann dieser Ansatz für die Massenproduktion von 3D-Teilen mit höheren Geschwindigkeiten als beim herkömmlichen 3D-Druck skaliert werden. Modifizierte 2D-Drucker können so große Mengen von Objekten gleichzeitig herstellen.
Einsatzbereiche
Die Forscher nehmen an, dass diese Technik die Nachteile des 3D-Drucks überwinden könnte. Sie würde vor Ort an schwierigen Orten produziert werden und gedruckte Objekte würden im laufenden Betrieb modifiziert. Magnetische Materialien würden außerdem ein magnetisch betätigtes Design für weiche Robotik ermöglichen.
Das Team zeigte mit seiner Arbeit eine sehr intuitive, einfache 3D-Druck-Methode. Kinder könnten mit Bildhauerei experimentieren. Forscher könnten Entwürfe mit Tinten und Lösungen schnell iterieren, bevor sie die Modelle in CAD modellierten und sie dann mit einem 3D-Drucker für einen verfeinerten Prototyp herstellen.
Video zur Arbeit der Forscher
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