Forscher des MIT haben ein Verfahren vorgestellt, mit dem es möglich ist, feste und flüssige Materialien gleichzeitig in einem 3D-Druckvorgang zu drucken. Angewandt auf die Robotik ließen sich so funktionsfähige Roboter mit nur einem 3D-Drucker und in einem Stück fertigen.

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Logo CSAILEin Forscherteam des MIT Computer Science und Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) fand heraus, wie man flüssige und feste Materialien gleichzeitig drucken kann. Für die Robotik bedeutet das ein Meilenstein. Ihre Ergebnisse haben die Forscher Robert MacCurdy, Robert Katzschmann, Youbin Kim und Daniela Rus unter dem Titel „Printable Hydraulics: A Method for Fabricating Robots by 3D Co-Printing Solids and Liquids“ in der Cornell University Library Open Source-Datenbank veröffentlicht.

Das wissenschaftlicher Paper beschreibt wie das Forscherteam kommerzielle 3D-Drucker für die Forschung modifiziert hat und eine neue Technik mit Namen „druckbare Hydraulik“ geschaffen haben. Sie verwendeten einen Photopolymer-3D-Drucker und erweiterten ihn mit der Fähigkeit, flüssige und feste Materialien gleichzeitig zu drucken.

Die Teile würdnn Robert McCurdy zufolge schichtweise in sehr dünnen Schichten gedruckt. Das Potenzial dieser Technik liege darin, dass eines Tages Maschinen dazu fähig sein werden Roboter in einem Guss herzustellen, die sofort nach Beendigung des Druckvorgangs einsatzbereit sind. Die vier Wissenschaftler konnten bereits erfolgreich einen rudimentären Prototypen in einem Schritt drucken, der nur noch mit einem Motor und Batterie ergänzt werden musste.

Roboter aus dem 3D-Drucker
Roboter aus dem 3D-Drucker mit hydraulischen Leitungen. Nur die Elektronik musste (noch) ergänzt werden (Bild © MIT CSAIL).

3D-Druck hydraulischer Bauteile

Für den 3D-Druck der flüssigen Komponenten entscheidet ein spezieller Algorithmus, wann ein Wassertropfen oder andere Flüssigkeiten in das 3D-gedruckte System eingelassen werden müssen. Das Verfahren erlaubt die Fertigung von Objekten, die bisher nicht möglich waren. Wie Daniela Rus berichtet, könnten damit hydraulische Mechanismen hergestellt werden, wie sie für Roboter notwendig sind.

Der Bau von 3D-Robotern war in der Vergangenheit ein zeitaufwendiger Prozess, doch mit dem neuen Verfahren, dessen Verfeinerung allein schon ein Jahr dauerte, können Roboter scheinbar in naher Zukunft in nur einem Fertigungsschritt hergestellt werden. Der Schlüssel der Methode liegt darin, dass der Druckprozess auf mehr als eine Ebene gleichzeitig passiert. Die Materialien die fest sind werden mit UV-Licht gehärtet und Tröpfchen verbleiben in ihrer flüssigen Form. Auf diese Weise konnten Hydraulikkanäle für die Roboter gedruckt werden.

Bei den Forschungen der MIT-Wissenschaftler kam ein angepasster Objet 260 Connex 3D-Drucker von Stratasys zum Einsatz kam. Der 3D_Drucker verwendet acht Druckköpfe mit linearen Arrays aus deren Düsen die Harze auf die Bauplatte gepresst werden. Das Harz wird mit einem UV-Licht gehärtet und 3D-Modelle werden schichtweise von unten nach oben hergestellt.

Ausblick: Funktionsfähige Roboter einfach zu Hause drucken?

Die MIT-Forscher geben in Ausblick, dass in nicht allzu ferner Zukunft auch Heimanwender mit dem passenden 3D-Drucker die Möglichkeiten der „druckbaren Hydraulik“ für sich nutzen können. Damit könnten Roboter zu Hause selbst ausgedruckt werden. Nach Einschätzung der Wissenschaftler wird es nicht mehr lange dauern bis fertige Roboter einen 3D-Drucker inklusive Motor und Batterien einsatzbereit verlassen werden – zumindest auf Ebene der Forschungseinrichtungen erscheint uns diese zeitlich Einschätzung als realistisch.

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