Drei 3D-gedruckte Objekte: eines aus transparentem Harz links; eines aus undurchsichtigem Harz ohne Korrektur Mitte; und eines aus undurchsichtigem Harz mit Korrektur. EPFL
Ingenieure des EPFL-Labors für angewandte photonische Geräte LAPD innerhalb der School of Engineering haben einen neuartigen 3D-Drucker entwickelt, der in der Lage ist, Objekte fast augenblicklich aus undurchsichtigem Harz herzustellen.laut Pressemitteilung von der am Montag veröffentlichten Institution.
Die EPFL behauptet, ihr neuer 3D-Drucker sei einer der schnellsten der Welt. Sie erreicht diese Geschwindigkeit, indem sie Additive Fertigung mit einer neuen volumetrischen Methode.
Ein von Star Wars inspirierter Test
„Wir gießen das Harz in einen Behälter und drehen es“, sagte Christophe Moser, Professor am LAPD, in einer Erklärung. „Dann strahlen wir Licht aus verschiedenen Winkeln auf den Behälter, wodurch sich das Harz dort verfestigt, wo die angesammelte Energie in derHarz ein bestimmtes Niveau überschreitet. Es ist eine sehr präzise Methode und kann Objekte mit der gleichen Auflösung wie bestehende 3D-Drucktechniken produzieren."
Diese neue Technik kann für Objekte mit nahezu jeder Form eingesetzt werden. Um dies zu beweisen, stellten die Ingenieure einen winzigen Yoda in nur 20 Sekunden her. Dies ist eine Aufgabe, die bei einem herkömmlichen additiven Herstellungsprozess zehn Minuten dauern würde.
Wie funktioniert es?
Der im neuen Drucker verwendete Kunststoff enthält eine lichtempfindliche Verbindung, die mit dem Licht interagiert, um das Harz schnell zu verfestigen. „Unsere Methode funktioniert nur, wenn das Licht in einer geraden Linie ohne Ablenkung durch das Harz fällt“, fügte Antoine Boniface, Postdoc am LAPD, hinzu. „Bisher haben wir immer transparentes Harz verwendet, aber wir wollten sehen, obwir könnten Objekte in der Art von undurchsichtigem Harz drucken, das in der biomedizinischen Industrie verwendet wird.“
Trotzdem ist das Experiment nicht ohne Herausforderungen. Das Licht breitet sich im Harz nicht reibungslos aus, was es schwierig macht, genügend Energie zu konzentrieren, um die Substanz zu verfestigen.
Eine neue Lösung
„Mit undurchsichtigem Harz haben wir viel Auflösung im gedruckten Objekt verloren“, sagte Jorge Madrid-Wolff, ein Doktorand am LAPD. „Also haben wir versucht, eine Lösung zu finden, mit der wir Objekte herstellen könnenin diesem Harz, aber ohne die Vorteile unseres 3D-Druckers zu verlieren.“
Die Ingenieure entwarfen daher Computerberechnungen, um die Lichtstrahlverzerrung zu kompensieren, und programmierten ihren Drucker, um die Lichtstrahlen während des Betriebs automatisch zu korrigieren. Dies erwies sich als so effektiv, dass die Ingenieure Objekte in undurchsichtigem Harz drucken konntenfast die gleiche Präzision und überlegene Geschwindigkeit wie bei transparentem Harz.
Mit dem neuen 3D-Druckverfahren können biologische Materialien wie künstliche Arterien hergestellt werden und andere nützliche Körperteile. Jetzt arbeiten die Ingenieure daran, ihren Ansatz anzupassen, um mehrere Materialien gleichzeitig drucken zu können, und die Auflösung ihres Druckers von einem Zehntel Millimeter auf einen Mikrometer zu erhöhen. Wenn sie diese beiden hohen Ziele erreichen, ihr 3D-Druckerkönnte die Branche für immer revolutionieren und beispiellose Druckgeschwindigkeiten und -qualität bieten.
Die Studie wurde im Journal veröffentlicht Fortgeschrittene Wissenschaft.
Zusammenfassung:
3D-Druck hat die Herstellung von volumetrischen Komponenten und Strukturen in vielen Bereichen revolutioniert. Dank des Aufkommens von photohärtbaren Harzen wurden in letzter Zeit mehrere vollständig volumetrische lichtbasierte Techniken entwickelt, die versprechen, eine beispiellos kurze Druckzeit zu erreichen bis zu einigen zehnSekunden unter Beibehaltung einer guten Auflösung ca. 100 μm. Diese neuen Ansätze funktionieren jedoch nur mit homogenen und relativ transparenten Harzen, damit die für die Photopolymerisation verwendeten Lichtmuster bei ihrer Ausbreitung nicht durcheinander gebracht werdenEs wird vorgeschlagen, die Lichtstreuung im Harz vor der Berechnung von Projektionsmustern zu berücksichtigen.Unter Verwendung eines tomografischen volumetrischen Druckers wird experimentell demonstriert, dass die Implementierung dieser Korrektur kritisch ist, wenn Objekte gedruckt werden, deren Größe die mittlere freie Weglänge der Streuung überschreitet.Um die breite Anwendbarkeit des zu zeigenTechnik werden funktionale Objekte mit hoher Drucktreue in harter organischer Streuung hergestelltAcrylate und mit weichen Zellen beladene Hydrogele bei 4 Millionen Zellen ml−1.Dies eröffnet vielversprechende Perspektiven beim Drucken in trüben Materialien mit besonders interessanten Anwendungen für das Bioprinting von zellbeladenen Konstrukten.