Beim 3D-Druck wird die Größe eines Objekts durch den Bauraum des 3D-Druckers begrenzt. Um das zu ändern, haben US-Forscher der UC San Diego ein ausdehnbares Schaumharz für das Stereolithografie-3D-Druckverfahren entwickelt, welches eine bis zu 4000%ig Volumenausdehnung erreichen kann. Das macht Objekte möglich, die 40 mal größer sind als das Bauvolumen eine 3D-Druckers.

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Forscher der University of California San Diego haben eine ausdehnbares Schaumharz für den SLA-3D-Druck (Stereolithografie) entwickelt. Das Harz dehnt sich nach UV-Härtung wärmeinduziert aus und erlaubt die Herstellung von Objekten, die wesentlich größer sind als das Bauvolumen des 3D-Druckers mit dem sie gedruckt wurden. Einen SLA-3D-Drucker mit einem recht großen Bauvolumen hat die Northwestern University im Oktober 2019 vorgestellt. Die Ergebnisse ihrer Studie veröffentlichten die Forscher unter dem Titel „Highly Expandable Foam for Lithographic 3D Printing“.

3D-Druck über den Baubereich hinaus

Oft gibt der Baubereich beim 3D-Druck von Objekten die Grenze vor. Die amerikanischen Forscher wollten diese Beschränkungen überwinden. Das Forscherteam hat sich im ersten Teil seiner Studie auf die Auswahl eines Monomers konzentriert, das als Baustein für das Polymerharz fungieren würde. Gesucht wurde ein UV-härtbares Monomer mit relativ kurzer Aushärtungszeit und wünschenswerten mechanischen Eigenschaften für Anwendungen mit hoher Beanspruchung. Das Team entschied sich für 2-Hydroxyethylmethacrylat (HEMA).

Der nächste Schritt war die Suche nach der optimalen Konzentration des Photoinitiators mit geeignetem Treibmittel, an das das HEMA gekoppelt werden kann. Viele der getesteten Mittel waren unlöslich oder schwer zu stabilisieren. Die Wahl des Teams fiel auf ein nicht traditionelles Treibmittel, das typischerweise mit Polystyrol-ähnlichen Polymeren verwendet wird.

Endgültige Formulierung des Materials

Modelle vor und nach dem 3D-Druck
Die Forscher ermittelten eine Volumensausdehnung von bis zu 4000% (40x) (Bild © UC San Diego).

Nun wurde das endgültige Photopolymerharz formuliert. Das Forscherteam druckte damit einige komplexe CAD-Konstruktionen mit dem Anycubic Photon, den wir hier vorgestellt haben. Die Modelle wurden bis zu zehn Minuten auf 200° C erhitzt. Durch die Hitze wurde das Treibmittel zersetzt, was die Schaumwirkung des Harzes aktivierte. Die Modelle nahmen an Größe zu.

Die Forscher ermittelten eine Volumenausdehnung von bis zu 4000% (40x). Sie gingen davon aus, dass sich diese Technologie wegen der geringen Dichte des expandierten Materials für Tragflächen und andere leichte Anwendungen eignen könnte.

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