University of Wisconsin-Madison: US-Forscher untersuchen Einfluss und Möglichkeiten unterschiedlicher Wellenlängen bei Licht auf den Multimaterial-3D-Druck

US-Forscher untersuchen den Einfluss der Wellenlänge von Licht auf den 3D-Druck multimaterieller Objekte. Positive Entwicklungen ihrer Forschungsergebnisse stellen die Wissenschaftler der University of Wisconsin-Madison der Medizinindustrie aber auch der Kunst in Aussicht.

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Der 3D-Druck hat die Bereiche Gesundheitswesen, Biomedizintechnik, industrielle Fertigung und das Kunstdesign längst in seinem Griff. Erfolgreiche Anwendungen sind entstanden, obwohl die meisten 3D-Druckverfahren nur Teile aus einem Material gleichzeitig herstellen können. Komplexere Anwendungen könnten entwickelt werden, wenn 3D-Drucker unter möglichst optimalen Bedingungen verschiedene Materialien verwenden und Multimaterialteile in einem Stück herstellen könnten.

Das Verfahren im Detail

Multimaterial-SLA-3D-Druck
(a) Zeitrafferfotos der durch Schwellung hervorgerufenen Auslösung in gedruckten Seesternen. Das Bild zeigt auch das CAD-Modell von einem Multimaterial-Seestern. Lila entspricht UV-Bestrahlung und Weiß / Transparent entspricht Bestrahlung mit sichtbarem Licht.
(b Schwellungsergebnisse eines Seestern in Wasser, das mit der HEA-1-MASC-Formulierung gedruckt wurde. Maßstabsbalken = 25 mm.
(c) Schwellungsergebnisse eines Seestern in Toluol, das mit der BA-1-MASC-Formulierung gedruckt wurde. Maßstabsbalken = 25 mm (Bild Schwartz & Boydston/University of Wisconsin/nature.com).

Heute verwenden die meisten 3D-Drucker, die mehrere Materialien ablegen, separate Behälter. Dieser neue chemiebasierte Ansatz verwendet ein einziges Reservoir mit zwei Monomeren (die Moleküle, die zu einer 3D-Drucksubstanz verbunden sind). Dann wird entweder ultraviolettes oder sichtbares Licht verwendet, um diese Monomere miteinander zu verbinden. Je nachdem, welches Licht verwendet wird, hat das Endprodukt unterschiedliche Eigenschaften, wie z.B. Steifigkeit. Die Forscher hoffen, dass dieser Single-Reservoir-Ansatz praktischer sein könnte als die Verwendung mehrerer Materialreservoire.

Die größte Hürde für die Forscher war die Optimierung der Chemie der Ausgangsstoffe. Sie überlegten zunächst, wie sich die beiden Monomere in einer Wanne zusammen verhalten würden. Sie mussten auch sicherstellen, dass die Monomere ähnliche Aushärtungszeiten hatten, so dass die harten und weichen Materialien in jeder Schicht ungefähr zur gleichen Zeit trockneten.

Mit der richtigen Chemie konnten die Forscher nun genau bestimmen, wo jedes Monomer innerhalb des bedruckten Objekts durch ultraviolettes oder sichtbares Licht gehärtet wurde.

Der neuartige Ansatz der Forscher für den multimateriellen 3D-Druck könnte es Designern, Künstlern, Ingenieuren und Wissenschaftlern ermöglichen, mit dem 3D-Druck wesentlich komplexere Objekte in einem Stück herzustellen. Anwendungen können die Herstellung personalisierter Medizinprodukte, wie beispielsweise Prothesen, oder die Entwicklung von künstlichen Organen und Geweben sein. Medizinstudenten könnten diese synthetischen Organe für das Training anstelle von oder vor der Arbeit mit lebenden Patienten verwenden.

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