Objekte können jetzt in undurchsichtigem Harz 3D-gedruckt werden

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Ein kleiner Yoda.  2022 EPFL

Ein kleiner Yoda. 2022 EPFL

Ein Team von EPFL-Ingenieuren hat ein 3D-Druckverfahren entwickelt, das mit Hilfe von Licht in Sekundenschnelle Objekte aus undurchsichtigem Harz herstellt. Ihr Durchbruch könnte vielversprechende Anwendungen in der biomedizinischen Industrie haben, zum Beispiel für die Herstellung künstlicher Arterien.

Im Jahr 2017 haben die Ingenieure des Laboratory of Applied Photonic Devices (LAPD) der EPFL einen 3D-Drucker entwickelt, mit dem sich Objekte fast sofort herstellen lassen. Jetzt, fünf Jahre später, hat das Team seine Druckmaschine und -methode verbessert und kann nun Objekte aus undurchsichtigem Harz herstellen - etwas, das zuvor nicht möglich war.

Ein kleiner Yoda

Der 3D-Drucker der EPFL ist einer der schnellsten der Welt. Während die meisten 3D-Drucker das Material schichtweise auftragen, arbeitet der EPFL-Drucker mit einem volumetrischen Verfahren, der sogenannten additiven Fertigung.

Licht zur Verfestigung von Materialien nutzen

Die Lichtstrahlen sind in der Lage, das Harz zu verfestigen, indem sie mit einer im Kunststoff enthaltenen lichtempfindlichen Verbindung wechselwirken.

Das Problem bei der Verwendung von undurchsichtigem Harz in volumetrischen Prozessen ist, dass sich das Licht nicht gleichmäßig ausbreitet, so dass es schwierig ist, die für die Verfestigung des Harzes erforderliche Energiemenge zu akkumulieren.

Anpassung von Computerberechnungen

Die Lösung, die die Ingenieure fanden, war eigentlich ganz einfach. Zunächst beobachteten sie mit einer Videokamera den Weg des Lichts durch das Harz und entwickelten dann Computerberechnungen, um die Verzerrung der Lichtstrahlen zu kompensieren. Sie programmierten ihren Drucker so, dass er diese Berechnungen durchführt und die Lichtstrahlen während des Druckvorgangs korrigiert. Dadurch wurde sichergestellt, dass die zur Verfestigung des Harzes erforderliche Energiemenge an den gewünschten Stellen erreicht wird. Durch die Anpassung der Computerberechnungen waren die Ingenieure in der Lage, Objekte aus undurchsichtigem Harz mit fast der gleichen Präzision zu drucken wie aus transparentem Harz - ein wichtiger Durchbruch.

Das LAPD-Verfahren kann für den 3D-Druck biologischer Materialien, wie z. B. künstlicher Arterien, verwendet werden. In einem nächsten Schritt hoffen die Ingenieure, mehrere Materialien gleichzeitig drucken zu können und die Auflösung ihres Druckers von einem Zehntel Millimeter auf einen Mikrometer zu erhöhen. Die Forschungsergebnisse der Ingenieure wurden in Advanced Science veröffentlicht.

Referenzen

J. Madrid-Wolff, A. Boniface, D. Loterie, P. Delrot, C. Moser, Controlling Light in Scattering Materials for Volumetric Additive Manufacturing. Adv. Sci. 2022, 2105144.


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