3D-Druck mit Licht, 100-mal schneller als herkömmliche Techniken

Vor kurzem stellten Forscher der University of Michichganz (UM) eine neue additive Herstellungsmethode vor, welche 100-Mal schneller sein soll als die heutigen Techniken. Diese Methode ist der 3D-Druck mit Licht und funktioniert mithilfe von zwei unterschiedlichen Lampen, die genau steuern können, welcher Teil des Harzes ausgehärtet wird und welcher flüssig bleibt. So wird die Herstellungszeit drastisch reduziert und das Ergebnis sollen optimal verfestigte Polymere sein.

Additive Fertigungstechnologien gelten heute bereits als mögliche Zukunft der Fertigungsindustrie, doch mit einigen Hindernissen hadert die Technologie noch. So soll der Prozess des 3D-Drucks vor allem beschleunigt werden und Automatisierungen sollen eingeführt werden. Leider können diese Entwicklungen noch nicht erfolgreich die Massenpersonalisierung erreichen. „Die Verwendung konventioneller Ansätze ist ohne hunderte von Maschinen nicht wirklich möglich“, so Timothy Scott, Professor für Chemieingenieurwesen, welcher die Entwicklung des neuen 3D-Druckansatzes gemeinsam mit Mark Burns leitete. Nach dem Ansatz des volumetrischen 3D-Drucks versuchen nun auch die Forscher der UM mit ihrer neuen Technologie die additive Fertigung einen Schritt weiter zu bringen.

Was ist das besondere von 3D-Druck mit Licht?

Die neue Technologie nutzt zwei Hauptquellen: eine Lichtquelle leitet die Verfestigungsreaktion der Polymere ein, während die andere sie stoppen kann. In Kombination können sie präzise steuern, welche Stellen verhärtet werden sollen, oder flüssig bleiben und erstellen anspruchsvolle Muster mit einer einzigen Aufnahme. Eine deutlich schnellere Herstellung im Vergleich zu 2D-Querschnitten oder der zahllosen Reihen von 1D-Linien.

„Es ist der erste, echte 3D-Drucker, der jemals hergestellt wurde“, betont Burns.

Zuvor hatte sich das Harz bereits auf dem Fenster, durch welches das Licht einfällt verfestigt und den Druck direkt gestoppt. Es musste also ein relativ großer Bereich geschaffen werden, in dem keine Verfestigung auftritt. Damit könnten auch dickere Harze, potenziell mit verstärkten Pulveradditiven genutzt werden, sodass auch langlebigere Objekte mit besserer, struktureller Ingegrität hergestellt werden können.

Die erste Lösung bildete ein sauerstoffdurchlässiges Fenster. Durch den eindringenden Sauerstoff ist das Harz in der Nähe des Fensters flüssig geblieben und es bildete sich ein dünner Flüssigkeitsfilm. Dieser ist jedoch lediglich so dick wie ein Stück Klebeband und limitiert die Druckobjekte auf sehr kleine und kundenspezifische Produkte.

Der Sauerstoff wurde in der zweiten Lösung durch ein weiteres Licht ersetzt, welches die Verfestigung des Harzes stoppen kann. Damit wird eine große Lücke zwischen dem Druckobjekt und dem Fenster hergestellt.

Der Schlüssel des Erfolgs der neuen 3D-Lichtdrucktechnologie liegt in der chemischen Zusammenstellung des Harzes. Zuvor beinhaltete es lediglich einen Photoaktivator, welcher auf das erste Licht reagiert und das Harz aushärtet. Nun wurde jedoch ein Photoinhibitor hinzugefügt, welcher eine andere Wellenlänge des Lichts einfängt und die Verärtung verhindert. Diese Technik beschränkt sich dementsprechend nicht nur auf die Verfestigung von einer 2D-Ebene. Die Neuentwicklung der UM ermöglicht es, mit zwei Lichtarten in 3D zu modellieren.

Derzeit haben die Forscher der University of Michigan drei Patente angemeldet, um ihre Technologie, den 3D-Druck mit Licht zu schützen. Mehr Informationen finden Sie im vollständigen UM-Bericht.

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