Forscher der USC Viterbi haben eine neue Technik entwickelt, mit der sie beim FFF-3D-Druck statt gedruckter Stützen wiederverwendbare Supportmöglichkeiten nutzen. Damit entsteht weniger Materialverschwendung bei schnelleren Druckergebnissen. Außerdem wird die Zeit zur Entfernung der Stützstrukturen eingespart. In einem wissenschaftlichen Bericht und einem Video stellen die Forscher ihren interessanten Ansatz vor.

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Damit 3D-Drucke gelingen, bedarf es je nach 3D-Druckverfahren unterschiedlicher Stützstrukturen, die anschließend wieder entfernt werden müssen. Das führt zu einer erheblichen Menge an Materialverschwendung. Forscher der Daniel J. Epstein-Abteilung für Industrie- und Systemtechnik der USC Viterbi haben nun in einer Pressemitteilung von USC eine neue Methode vorgestellt, die die Verschwendung beim FFF-3D-Druck reduzieren soll.

In einem Fachbeitrag auf ScienceDirect mit dem Title „Reusable support for additive manufacturing„, mit dem sie ihre Arbeit präsentieren, beschreiben Yong Chen, Professor für Industrie- und Systemtechnik, und Doktorand Yang Xu, ihr Verfahren für ein dynamisch gesteuertes 3D-Druck-Substrat.

Details zum neuen Verfahren

Kanne auf Plattform
Den Forschern ist es gelungen, einfache CAD-Modelle wie diese Kanne mit der neuen Methode ohne Stützstrukturen herzustellen (Bild © USC Viterbi).

Inspiriert von Pin-Impression-Spielzeugen stellte das Team ein Druckbett aus einer Reihe von Vierkantscheiben her. Die Scheiben sind mit Stangen verbunden, die ein Schrittmotor steuert. Die Stangen und Unterlegscheiben bewegen sich in die benötigten Höhen und unterstützen das Objekt an mehreren Stellen.

Es gelang dem Team, die benötigten gedruckten Stützstrukturen bei einem einfachen CAD-Modell komplett zu ersetzen. Bei komplexeren Objekten wurden noch gedruckte Träger genutzt. Die Metallquadrate heben sich bis zu einem Punkt an und der Rest des erforderlichen Trägers wird auf diese Metallteile gedruckt. Die Unterlegscheiben lassen sich nach Ende des Druckvorgangs leicht entfernen. Chen zufolge würde das die Materialverschwendung um 35% reduzieren.

Chen erklärt:

„Ich arbeite mit biomedizinischen Ärzten zusammen, die 3D-Druck mit Biomaterialien zum Aufbau von Gewebe oder Organen durchführen. Ein Großteil des verwendeten Materials ist sehr teuer – wir sprechen von kleinen Flaschen, die zwischen 500 und 1000 US-Dollar (420-840 Euro) kosten. Bei Standard-FDM-Druckern betragen die Materialkosten etwa 50 USD (42 EUR) pro Kilogramm, beim Bioprinting jedoch eher 50 USD pro Gramm. Wenn wir also 30% des Materials einsparen können, das für den Druck dieser Träger verwendet worden wäre, bedeutet dies eine enorme Kostenersparnis für den 3D-Druck für biomedizinische Zwecke.“

Weitere Beispiele
Inspiriert von Pin-Impression-Spielzeugen stellte das Team ein Druckbett aus einer Reihe von Vierkantscheiben her (im Bild: Druckbeispiele) (Bild © USC Viterbi).

Einen umweltschonenden Weg für den Einsatz von Stützmaterial bietet auch das „P-support 279“ Stützmaterial von PPprint, das sich einfach wegbrechen lässt und anschließend recycelt werden kann. Die Forscher untersuchen nun Wege, wie sie die Technik auf andere FFF-3D-Drucker anwenden können.

Der neue Ansatz mit wiederverwendbaren Stützstrukturen im Video

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