Wissenschaftler der Heriot-Watt University haben eine neue Methode für den 3D-Druck entwickelt, die die Fertigungsindustrie revolutionieren soll.
Die Methode nutzt nahe-infrarotes Licht, um komplexe Strukturen mit verschiedenen Materialien und Farben zu erzeugen, indem sie die Grenzen der Integration von mehreren Materialien erweitert.
Die Technik ermöglicht den Druck von Materialien in größeren Tiefen und eröffnet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Branchen.
Forscher der Heriot-Watt University präsentieren bahnbrechende Methode für 3D-Druck mit hoher Tiefendruckkapazität.
Die neu entwickelte 3D-Drucktechnik der Heriot-Watt University ermöglicht komplexe Strukturen mit mehreren Materialien und Farben; Bild: Heriot-Watt University
Wissenschaftler unter der Leitung von Dr. Jose Marques-Hueso vom Institute of Sensors, Signals & Systems an der Heriot-Watt University in Edinburgh haben eine fortschrittliche 3D-Drucktechnik entwickelt, die die Fertigungsindustrie revolutionieren soll.
Die Gruppe hat eine neue Methode des 3D-Drucks geschaffen, bei der nahe-infrarotes (NIR) Licht verwendet wird, um komplexe Strukturen mit verschiedenen Materialien und Farben zu erzeugen. Dazu haben sie die etablierte 3D-Drucktechnik der Stereolithographie modifiziert, um die Grenzen der Integration von mehreren Materialien zu erweitern.
Herkömmliche 3D-Drucker verwenden normalerweise einen blauen oder UV-Laser, um eine flüssige Harzmasse selektiv zu verfestigen und schichtweise ein gewünschtes Objekt aufzubauen. Ein Nachteil dieser Methode war bisher die begrenzte Möglichkeit der Materialvermischung.
Das Besondere an diesem neuesten Projekt ist der Einsatz einer NIR-Lichtquelle, die in der Lage ist, in viel größere Tiefen in das Harz einzudringen, und zwar ohne dass Schicht für Schicht gedruckt werden muss.
Die Ergebnisse bieten enorme Möglichkeiten für die Industrie, insbesondere für Bereiche, die auf spezialisierte Teile angewiesen sind, wie beispielsweise die Gesundheits- und Elektroindustrie.
Dr. Marques-Hueso erklärt: "Die Neuheit unserer Methode, die zuvor noch nie durchgeführt wurde, besteht darin, die NIR-Infrarotfenster der Materialien zu nutzen, um in Tiefen von über 5 cm zu drucken, während die herkömmliche Technologie eine Begrenzung von etwa 0,1 mm hat. Dies bedeutet, dass man mit einem Material drucken kann und später ein zweites Material hinzufügen kann, das an jeder beliebigen Position des 3D-Raums verfestigt wird, und nicht nur auf den äußeren Oberflächen."
Die Wissenschaftler verwenden speziell entwickelte Harze, die Nanopartikel enthalten, die das Phänomen der optischen Hochkonversion aufweisen. Diese Nanopartikel absorbieren die NIR-Photonen und verwandeln sie in blaue Photonen, die das Harz verfestigen. Dieser Vorgang ist "nicht-linear", was bedeutet, dass die blauen Photonen größtenteils an der Fokuspunkt des Lasers erzeugt werden und nicht auf dem Weg dorthin. Aus diesem Grund kann das NIR tief in das Material eindringen, als ob es transparent wäre, und nur das Material verfestigen.
Diese neue 3D-Druckmethode ermöglicht es, mehrere Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften in einem einzigen Objekt zu drucken, beispielsweise flexible Elastomere und starre Acryle, was für viele Branchen, wie z.B. die Schuhproduktion, nützlich ist.
Die Technik eröffnet eine Vielzahl neuer Möglichkeiten, einschließlich des 3D-Drucks von Objekten in Hohlräumen, der Reparatur von beschädigten Gegenständen und sogar dem bioprinting vor Ort durch die Haut.
Obwohl diese Technologie einen aufregenden Blick in die Zukunft bietet, sind die Kosten überraschend niedrig.
Dr. Marques-Hueso sagt: "Ein klarer Vorteil dieser Technik besteht darin, dass die gesamte Maschine für weniger als 400 Pfund gebaut werden kann. Einige andere fortschrittliche Technologien, die Laser verwenden, wie zum Beispiel die Zweiphotonenpolymerisation (2PP), erfordern teure Ultrakurzpulslaser in der Größenordnung von Zehntausenden von Pfund, aber das trifft bei uns nicht zu, da unsere speziellen Materialien den Einsatz kostengünstiger Laser ermöglichen."
Abschließend sagt er: "Jetzt, da wir Ergebnisse haben, die unsere Aussagen unterstützen, hoffen wir, mit Unternehmen zusammenzuarbeiten und diese Technologie weiterzuentwickeln."
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