Neuer digitaler Leichtbau-Ansatz löst gängige Probleme im Zusammenhang mit 3D-Druck.

2. November 2024 Bericht

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von Bob Yirka, Phys.org

Ein Team von Materialwissenschaftlern, medizinischen Forschern und Ingenieuren, die mit einer Vielzahl von Institutionen in ganz Australien verbunden sind, hat eine neue Methode zur Durchführung der digitalen Lichtfabrikation entwickelt, die Probleme mit den aktuellen Methoden überwindet. In ihrem Artikel, der in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, beschreibt die Gruppe ihre neue Technik, wie sie funktioniert und auf welche Weise sie eingesetzt werden könnte.

Beim traditionellen 3D-Druck wird ein flüssiges Material präzise von einer Düse auf ein Objekt gesprüht, wo es beim Abkühlen aushärtet und dazu führt, dass es durch das Hinzufügen von Schichten wächst. Die digitale Lichtfabrikation ist eine Form des 3D-Drucks, bei der ein Laser zur Herstellung von 3D-Objekten anstelle einer Düse verwendet wird - das Laserlicht lässt ein flüssiges Material aushärten.

Zwei Ansätze wurden entwickelt. Der erste basiert auf Fenstern, bei dem ein Laser durch ein transparentes Fenster in einen Tank mit Vorläuferflüssigkeit und auf eine Plattform abgefeuert wird, wodurch der Vorläufer aushärtet und das gewünschte Objekt nach unten wächst. Der zweite Ansatz wird als Top-Down bezeichnet und wie der Name schon sagt, beinhaltet das Abfeuern eines Lasers in eine Vorläuferlösung, was dazu führt, dass ein Objekt nach oben wächst.

Beide Ansätze leiden unter Problemen bei der Gewährleistung eines kontinuierlichen Flusses des Vorläufers und bei der Wärmeableitung. In diesem neuen Versuch hat das Forschungsteam eine modifizierte Form des Top-Down-Ansatzes entwickelt, die beide Probleme überwindet - sie nennen es dynamisches Schnittstellendrucken.

Die Methode beinhaltet die Änderung des Druckpunkts zur Meniskus, der die Oberfläche der (Vorläufer-)Flüssigkeit darstellt. Dies wird durch den Einsatz eines Tanks zur Aufbewahrung der Vorläuferflüssigkeit und eines Rohrdruckkopfes über dem Tank erreicht. Der Druckkopf hat ein Ventil, das das Hinzufügen von akustischen Vibrationen ermöglicht, die dazu dienen, den Luftdruck zu oszillieren.

Zum Drucken werden Lichtmuster durch das Rohr auf die Meniskus projiziert, während sich der Druckkopf bewegt. Das gewünschte Objekt wächst von unten aus dem Tank nach oben und ist in der Vorläuferflüssigkeit eingetaucht. Der Druck im Rohr wird verwendet, um die Form der Meniskus zu steuern. Das Wiederbeschichten der Flüssigkeit auf das gedruckte Objekt wird durch die Oberflächenspannung gesteuert und durch die Vibrationen beschleunigt, was zu einem gleichmäßigen Fluss des Vorläufers führt.

Tests zeigten, dass die Methode in der Lage ist, mit Geschwindigkeiten von bis zu 0,7 Millimetern pro Sekunde zu drucken, mit wenigen Fehlern und minimalen Problemen bei der Wärmeableitung aufgrund der kontinuierlichen Bewegung der Vorläuferflüssigkeit.

Weitere Informationen: Callum Vidler et al, Dynamisches Schnittstellendrucken, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08077-6

Journalinformation: Nature

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