Forscher haben ein neues rotierendes Multimaterial-3D-Druckverfahren entwickelt
Ein Forscherteam der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences und des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering an der Harvard University hat sich von der Natur inspirieren lassen und eine recht überraschende 3D-Druckmethode entwickelt. Inspiriert von den spiralförmigen Strukturen, die vor allem in Pflanzen zu finden sind, haben sie einen 3D-Drucker entwickelt, der mit vier verschiedenen Materialien drucken kann, wobei eine rotierende Düse ein spiralförmiges Filament abgibt. Bislang hat das Team 3D-Druckstrukturen mit unterschiedlicher Härte hergestellt, die beispielsweise in der Robotik interessante Anwendungen finden könnten.
Es ist nicht das erste Mal, dass sich die Menschheit bei ihren Innovationen auf das Verhalten der Natur verlässt: Beim 3D-Druck sprechen wir oft von Biomimikry, und es gibt viele Projekte, die die Strukturen, die uns umgeben, nachahmen. Ein Beispiel sind die Gitterstrukturen, wie man sie in Bienenstöcken findet. In diesem speziellen Projekt geht es darum, sich von den schraubenförmigen Formen inspirieren zu lassen, die in allen biologischen Systemen wie Pflanzen und unseren eigenen Muskeln zu finden sind. Es sind nämlich unsere Proteine, die sich selbst zusammensetzen und durch das Einnehmen dieser Helixform ihre Kontraktion auslösen. Es wäre also interessant, eine Struktur zu entwerfen, die sich dank der Materialeigenschaften zusammenziehen kann. Dies ist der Weg, den diese Forscher beschritten haben.
Die spiralförmige Form ist in das abgelagerte Filament integriert (Bild: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)
So funktioniert der rotierende Multimaterial-3D-Druck
Die vorgestellte additive Fertigungslösung verwendet vier verschiedene Tintenpatronen, die großen Spritzen ähneln. Sie sind mit einer komplexen rotierenden Düse verbunden, die bei ihrer Bewegung ein Filament mit spiralförmigen Eigenschaften erzeugt. Natalie Larson, Autorin der Studie, erklärt: „Der rotierende Multimaterialdruck ermöglicht es uns, funktionale spiralförmige Filamente und strukturelle Gitter mit genau kontrollierter Architektur und letztlich Leistung zu erzeugen“.
Was die Anwendungen betrifft, so könnten die Forscher Strukturen drucken, die sich zusammenziehen, wenn eine Spannung angelegt wird. Diese Kontraktion wäre je nach der kontraktilen Reaktion der Aktuatorfilamente programmierbar. Sie könnten auch mit der Rigidität der 3D-gedruckten Strukturen spielen: Die Grundmatrix wäre flexibel, und im Inneren befänden sich einstellbare starre Tinten, wie eine Metallfeder in einer weichen Matratze. Das Team erklärt, dass dies z. B. für die Herstellung von Scharnieren in weichen Robotern nützlich sein könnte.
Die 3D-Druckplattform umfasst 4 Patronen (Bild: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)
Und die Forschung steht noch ganz am Anfang! Das Feld der Möglichkeiten ist weit und wir können es kaum erwarten, die nächsten Entwicklungen zu sehen! Natalie Larson schließt: „Durch die Entwicklung und den Bau von Düsen mit extremeren inneren Merkmalen könnten die Auflösung, die Komplexität und die Leistung dieser hierarchischen bioinspirierten Strukturen weiter verbessert werden.“ In der Zwischenzeit können Sie HIER weitere Informationen finden.
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*Titelbildnachweis: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences
