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Harvard-Forscher entwickeln Multidüsen-3D-Drucker, der zwischen 8 Tinten wechseln kann

Auf 2. Dezember 2019 von Lukas Johannes B. veröffentlicht
Multidüsen 3D-Drucker

Die meisten 3D-Drucker basierend auf Schmelzschichtung (FDM) können nur mit einem Material gleichzeitig drucken. Einige können Farb– oder Mehrstoffteile herstellen, aber der Prozess ist oft langsam. Forscher des Harvard Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering und der John A. Paulson School of Engineering haben vielleicht eine Lösung für dieses Problem gefunden: Sie haben eine neue Technik namens Multi-Material-Multidüsen-3D-Druck (MM3D) entwickelt. Demnach ermöglicht es einem einzigen Druckkopf, Materialien bis zu 50 Mal pro Sekunde zu wechseln. Wie funktioniert dieser 3D-Drucker mit mehreren Düsen und was kann er dem Bereich der additiven Fertigung bringen?

Das Verfahren nutzt Hochgeschwindigkeitsdruckventile, um ein schnelles, kontinuierliches und homogenes Schalten zu erreichen: Wie angegeben, kann es Materialien bis zu 50 Mal in einer Sekunde wechseln. Darüber hinaus kann der Druckkopf zwischen 8 verschiedenen Druckmedien umgeschaltet werden. Die Forscher erklärten, dass der entwickelte Druckkopf von einer einfachen Düse bis hin zu einer Vielzahl von Mehrfachdüsen reichen könnte, die ihrerseits in 3D gedruckt werden, um eine schnelle Anpassung zu ermöglichen.

imprimante 3D multi-buses

Der 3D-Multidüsen-Drucker könnte Materialien 50 Mal in einer Sekunde wechseln – Quelle: Wyss Institute an der Harvard University

Mark Skylar-Scott, Co-Autor und wissenschaftlicher Mitarbeiter des Wyss Institute, erklärt die Vorteile dieser neuen Technik: „Beim Drucken eines Objekts mit einem herkömmlichen 3D-Drucker auf Extrusionsbasis ist die Druckzeit proportional zur Länge des Objekts, da sich die Druckdüse nicht in einer, sondern in drei Dimensionen bewegen muss. Die Kombination der Multidüsenreihe von MM3D mit der Möglichkeit, zwischen mehreren Tinten zu wechseln, eliminiert effektiv die Zeitverschwendung beim Wechsel der Druckköpfe und reduziert das Proportionalitätsgesetz von kubisch auf linear, so dass Sie multimaterielle 3D-Objekte regelmäßig viel schneller drucken können.“

Der 3D-Multi-Düsen-Drucker ermöglicht neue Anwendungen

Im Inneren des Druckkopfes treffen mehrere Farbkanäle aufeinander und treten über eine einzige Düse aus. Die Forscher berechneten genau die Düsenform, den Druckdruck und die Farbviskosität, die notwendig sind, um sicherzustellen, dass die durch diesen Zweig strömende Tinte beim Druck auf eine der Kreuzungen (wie auf dem Foto unten gezeigt) nicht dazu führt, dass die statische Tinte eines anderen Zweigs nach hinten fließt. Kurz gesagt, es verhindert das Vermischen der Farben. Darüber hinaus kann die Länge der Druckkanäle angepasst werden, um sicherzustellen, dass Materialien mit unterschiedlichen Viskositäten mit gleicher Geschwindigkeit färben können.

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Die verschiedenen Zweige verteilen die Farben auf die Düse – Quelle: Wyss Institute at Harvard University

In Bezug auf Anwendungen kann diese Drucktechnik reaktive Materialien wie Epoxide, Silikone und Biofarben verwenden. Jochen Müller, PhD, Forscher am Wyss Institute und SEAS, erklärt: „Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften lassen sich auch leicht integrieren, um originell anmutende Architekturen oder flexible Roboter zu schaffen, die starre und flexible Elemente enthalten.“ Das Forschungsteam testete seine Technik, indem es einen flexiblen Roboter aus starren und flexiblen Elastomeren in einem Tausendfüßler-Muster in 3D druckte. Dank der integrierten pneumatischen Kanäle konnte sich der Roboter mit ca. 1,3 cm pro Sekunde bewegen und dabei eine Last mit dem Achtfachen seines Gewichts tragen und sich mit anderen Robotern verbinden, um schwerere Lasten zu tragen.

Donald Ingber, Direktor und Gründer von Wyss, schließt: „Der 3D-Druck revolutioniert die Fertigungsindustrie, indem er es den Anwendern ermöglicht, ohne den Einsatz teurer Maschinen und Rohstoffe zu produzieren, und uns einen neuen Durchbruch verspricht, nämlich das Innovationstempo in diesem spannenden Markt deutlich zu steigern. Wir freuen uns auf die Anwendungen, die aus dieser Technik entstehen werden und teilen sie sehr gerne mit Ihnen!“ 

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