3D-Druck wirklich 3D machen

Lassen Sie sich nicht vom Namen täuschen. Während 3D-Drucker greifbare Objekte drucken (und zwar ziemlich gut), geschieht ihre Arbeit nicht wirklich in 3D, sondern in normalem alten 2D.

Daran zu arbeiten, das zu ändern, ist eine Gruppe ehemaliger und aktueller Forscher des Rowland Institute in Harvard.

Zunächst einmal so, wie der 3D-Druck funktioniert: Die Drucker legen immer wieder von unten nach oben flächige Harzschichten übereinander, die nach Bestrahlung mit Laserlicht zu Kunststoff aushärten. Schließlich nimmt das Objekt, beispielsweise ein Schädel, Gestalt an. Aber wenn ein Teil des Drucks überhängt, wie eine Brücke oder eine Tragfläche eines Flugzeugs, ist eine Art flache Stützstruktur erforderlich, um tatsächlich zu drucken, oder das Harz wird auseinanderfallen.

Die Forscher stellen eine Methode vor, die den Druckern helfen soll, ihrem Namen alle Ehre zu machen und eine „echte“ 3D-Druckform zu liefern. In einer neuen Zeitung in Naturbeschreiben sie eine Technik des volumetrischen 3D-Drucks, die über den Bottom-up-Ansatz mit Schichten hinausgeht. Das Verfahren macht Stützstrukturen überflüssig, da das erzeugte Harz selbsttragend ist.

„Wir haben uns gefragt, ob wir tatsächlich ganze Bände drucken können, ohne all diese komplizierten Schritte ausführen zu müssen?“ sagte Daniel N. Congreve, Assistenzprofessor in Stanford und ehemaliger Fellow am Rowland Institute, wo der Großteil der Forschung stattfand. „Unser Ziel war es, einfach einen Laser zu verwenden, der sich bewegt, um wirklich dreidimensional zu strukturieren und nicht durch diese Art von Schicht-für-Schicht-Natur der Dinge eingeschränkt zu sein.“

Die Schlüsselkomponente in ihrem neuartigen Design besteht darin, rotes Licht in blaues Licht umzuwandeln, indem dem Harz, der lichtreaktiven Flüssigkeit, die in 3D-Druckern verwendet wird und zu Kunststoff aushärtet, ein sogenannter Upconversion-Prozess hinzugefügt wird.

Beim 3D-Druck härtet Harz in einer flachen und geraden Linie entlang des Lichtwegs aus. Hier verwenden die Forscher Nanokapseln, um Chemikalien hinzuzufügen, damit es nur auf eine bestimmte Art von Licht reagiert – ein blaues Licht im Brennpunkt des Lasers, das durch den Aufwärtskonvertierungsprozess erzeugt wird. Dieser Strahl wird in drei Dimensionen gescannt, sodass er auf diese Weise gedruckt wird, ohne dass er auf etwas geschichtet werden muss. Das resultierende Harz hat eine höhere Viskosität als bei der herkömmlichen Methode, sodass es nach dem Drucken trägerfrei stehen kann.

„Wir haben das Harz entworfen, wir haben das System so entworfen, dass das rote Licht nichts bewirkt“, sagte Congreve. „Aber dieser kleine blaue Lichtpunkt löst eine chemische Reaktion aus, die das Harz aushärten und zu Kunststoff werden lässt. Im Grunde bedeutet das, dass Sie diesen Laser den ganzen Weg durch das System durchlaufen lassen und nur bei diesem kleinen Blau erhalten Sie die Polymerisation , [only there] bekommen Sie den Druck passiert. Wir scannen diesen blauen Punkt einfach dreidimensional herum und überall dort, wo der blaue Punkt auftrifft, polymerisiert er und Sie erhalten Ihren 3D-Druck.

Die Forscher verwendeten ihren Drucker, um ein 3D-Harvard-Logo, ein Stanford-Logo und ein kleines Boot zu produzieren, ein standardmäßiger, aber schwieriger Test für 3D-Drucker aufgrund der geringen Größe des Bootes und der feinen Details wie überhängenden Bullaugen und offenen Kabinenräumen.

Die Forscher, zu denen auch Christopher Stokes vom Rowland Institute gehörte, planen, das System in Richtung Geschwindigkeit weiterzuentwickeln und zu verfeinern, um noch feinere Details zu drucken. Das Potenzial des volumetrischen 3D-Drucks wird als bahnbrechend angesehen, da es komplexe Stützstrukturen überflüssig macht und den Prozess dramatisch beschleunigt, wenn es sein volles Potenzial erreicht. Denken Sie an den „Replikator“ aus „Star Trek“, der alle Objekte auf einmal materialisiert.

Aber im Moment wissen die Forscher, dass sie noch einen langen Weg vor sich haben.

„Wir fangen gerade erst an, an der Oberfläche dessen zu kratzen, was diese neue Technik bewirken könnte“, sagte Congreve.