MIT-Forscher entwickeln 3D-Drucktechnik für Objekte mit unterschiedlichen Farben und Texturen
Auf 3Dnatives haben wir schon häufiger über Multi-Material-Druck berichtet. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von 3D-Objekten unter Verwendung mehrerer Materialien in einem einzigen kontinuierlichen Druckvorgang. Es eröffnet die Möglichkeit, maßgeschneiderte Objekte mit unterschiedlichen Farben und Texturen zu erstellen. Allerdings ist diese Methode mit einigen Einschränkungen verbunden. Der Prozess kann langsam und teuer sein, da heutige 3D-Drucker oft zwischen verschiedenen Düsen wechseln müssen und dabei ein Material entfernen, bevor ein anderes aufgetragen wird.
Als Antwort auf dieses Problem haben Forscher des MIT und der Technischen Universität Delft in den Niederlanden eine leistungsfähigere Methode entwickelt, die sowohl eine höhere Genauigkeit als auch weniger Abfall bietet. Bei dieser Technik werden hitzereaktive Materialien verwendet, sodass Objekte mit unterschiedlichen Farben, Schattierungen und Texturen in einem einzigen Druckvorgang gedruckt werden können.
Ein neuer Ansatz, um Texturen und Farben zu personalisieren
Die Forscher haben ihre Methode „speed-modulated ironing“ genannt. Diese Methode kann für den FDM-3D-Druck verwendet werden und nutzt einen 3D-Drucker mit zwei Düsen. Die erste bringt ein wärmereaktives Filament auf, während die zweite anschließend über das gedruckte Material fährt, um durch gezielte Wärmezufuhr verschiedene Effekte auszulösen, wie z. B. Veränderungen der Opazität oder der Textur. Durch die Anpassung der Geschwindigkeit dieser zweiten Düse gelingt es, die Temperatur genau zu modulieren und so die Farbe, die Schattierungen und die Rauheit des Filaments zu beeinflussen.
Diese Methode ebnet den Weg für die Schaffung künstlerischer visueller Effekte, indem die Farben der gedruckten Objekte variiert werden und gleichzeitig strukturierte Oberflächen hergestellt werden können. „Derzeit sind Desktop-Drucker in der Lage, geschickt mehrere Tinten zu verwenden, um eine Vielzahl von Schattierungen und Texturen zu erzeugen. Unser Ziel ist es, dieses Konzept auf den 3D-Druck zu übertragen, indem wir weniger Materialien verwenden, um eine viel größere Bandbreite an Eigenschaften für die gedruckten Objekte zu erreichen“, erklärt Mustafa Doga Dogan, Mitautor eines Artikels über die ‚speed-modulated ironing‘-Methode.
Eine neue Drucktechnik zur Wärmekontrolle
Obwohl die Verwendung von wärmeempfindlichen Filamenten vielversprechend ist, basieren die meisten aktuellen Techniken auf einer einzigen Düse, um sowohl das Drucken als auch das Erhitzen zu bewerkstelligen. Bei diesem System muss der 3D-Drucker die Düse zunächst auf die gewünschte Temperatur bringen, bevor er mit dem Auftragen des Materials beginnen kann. Dieser Prozess des Aufheizens und Abkühlens ist zeitaufwendig und birgt das Risiko, dass das Filament bei zu hohen Temperaturen beschädigt wird. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, besteht der Ansatz des Teams darin, mit einer ersten Düse zu drucken und dann eine zweite, leere Düse zu aktivieren, deren einzige Aufgabe es ist, Wärme zu liefern.
Anstatt die Temperatur anpassen zu müssen, um die Reaktion des Materials zu aktivieren, kann bei dieser Methode die Temperatur an der zweiten Düse konstant gehalten werden, während die Geschwindigkeit, mit der sie über das bereits gedruckte Material bewegt wird, variiert wird. Durch die Modulation dieser Geschwindigkeit ist es möglich, unterschiedliche Temperaturen an der gedruckten Schicht zu erreichen. „Es ist ein bisschen so, als würde man seinen Finger über eine Flamme halten. Wenn Sie ihn schnell bewegen, vermeiden Sie eine Verbrennung, aber wenn Sie ihn langsam bewegen, erreicht Ihr Finger eine höhere Temperatur“, erklärt Marwa AlAlwi, Forscherin am MIT. Das Modell verknüpft die Temperatur eines Materials mit seiner Reaktion auf Hitze, um die ideale Geschwindigkeit der Düse zu bestimmen, um bei jedem Druckobjekt bestimmte Farben, Schattierungen oder Strukturen zu erzielen. „Viele Faktoren können die erzielten Ergebnisse beeinflussen. Wir modellieren etwas sehr Kompliziertes, aber wir wollen auch sicherstellen, dass die Ergebnisse genau sind“, sagt AlAlawi.
Schnellere Herstellung als herkömmliche Methoden
Die Forscher bewerteten ihre Methode mithilfe von drei Arten von hitzereaktiven Filamenten. Das erste ist ein schäumendes Polymer, dessen Partikel sich bei Hitze ausdehnen und so verschiedene Schattierungen, Transparenzen und Texturen erzeugen können. Sie testeten auch ein Filament mit Holzfasern und ein anderes mit Korkfasern, die beide verkohlt werden können, um dunklere Farbtöne zu erzielen. Die Forscher zeigten, dass mit ihrer Technik Gegenstände wie teilweise lichtdurchlässige Wasserflaschen hergestellt werden können. Anhand dieses Beispiels verwendeten sie das schäumende Polymer bei niedriger Geschwindigkeit, um undurchsichtige Bereiche zu erzeugen, und bei hoher Geschwindigkeit, um durchscheinende Bereiche zu erhalten. Die Herstellung ähnlicher Objekte mit herkömmlichen Multi-Material-3D-Druckmethoden dauert viel länger, manchmal sogar mehrere Stunden, und verbraucht mehr Energie und Materialien.
Was halten Sie von diesem Ansatz zum Druck von unterschiedlichen Texturen und Farben? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder LinkedIN mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.
*Bildnachweise: MIT
