Vooruitgang in 3D-printen heeft het voor ontwerpers en ingenieurs gemakkelijker gemaakt om projecten aan te passen, fysieke prototypes op verschillende schalen te maken en structuren te produceren die niet kunnen worden gemaakt met meer traditionele productietechnieken. Maar de technologie heeft nog steeds te maken met beperkingen:het proces is traag en vereist specifieke materialen die voor het grootste deel één voor één moeten worden gebruikt.

Onderzoekers van Stanford hebben een methode voor 3D-printen ontwikkeld die belooft om sneller prints te maken, met behulp van meerdere soorten hars in een enkel object. Hun ontwerp, onlangs gepubliceerd in Science Advances , is 5 tot 10 keer sneller dan de snelste afdrukmethode met hoge resolutie die momenteel beschikbaar is en zou onderzoekers mogelijk in staat kunnen stellen dikkere harsen te gebruiken met betere mechanische en elektrische eigenschappen.

"Deze nieuwe technologie zal helpen om het potentieel van 3D-printen volledig te realiseren", zegt Joseph DeSimone, de Sanjiv Sam Gambhir Professor in Translational Medicine en professor in radiologie en chemische technologie aan Stanford en corresponderende auteur van het artikel. "Het stelt ons in staat om veel sneller te printen, wat helpt om een ​​nieuw tijdperk van digitale productie in te luiden en om de fabricage van complexe objecten uit meerdere materialen in één stap mogelijk te maken."

De harsstroom beheersen

Het nieuwe ontwerp is een verbetering van een methode van 3D-printen die in 2015 door DeSimone en zijn collega's is gemaakt en die continuous liquid interface production of CLIP wordt genoemd. CLIP-afdrukken ziet eruit alsof het thuishoort in een sciencefictionfilm - een stijgend platform trekt het object, schijnbaar volledig gevormd, soepel uit een dunne plas hars. De hars aan het oppervlak wordt in de juiste vorm gehard door een reeks UV-beelden die door het zwembad worden geprojecteerd, terwijl een laag zuurstof uitharding op de bodem van het zwembad voorkomt en een "dode zone" creëert waar de hars in vloeibare vorm blijft.

De dode zone is de sleutel tot de snelheid van CLIP. Naarmate het vaste stuk omhoog komt, wordt verondersteld dat de vloeibare hars erachter opvult, waardoor een soepel, continu printen mogelijk is. Maar dit gebeurt niet altijd, vooral als het stuk te snel stijgt of de hars bijzonder stroperig is. Met deze nieuwe methode, injectie CLIP of iCLIP genaamd, hebben de onderzoekers spuitpompen op het stijgende platform gemonteerd om op belangrijke punten extra hars toe te voegen.

"De harsstroom in CLIP is een zeer passief proces - je trekt het object gewoon omhoog en hoopt dat zuigkracht materiaal naar het gebied kan brengen waar het nodig is", zegt Gabriel Lipkowitz, een Ph.D. student werktuigbouwkunde aan Stanford en hoofdauteur van het papier. "Met deze nieuwe technologie injecteren we actief hars op de gebieden van de printer waar het nodig is."

De hars wordt geleverd via leidingen die gelijktijdig met het ontwerp worden bedrukt. De leidingen kunnen worden verwijderd nadat het object is voltooid of ze kunnen worden opgenomen in het ontwerp op dezelfde manier als aders en slagaders in ons eigen lichaam zijn ingebouwd.

Multi-materiaal printen

Door extra hars afzonderlijk te injecteren, biedt iCLIP de mogelijkheid om in de loop van het afdrukproces met meerdere soorten hars te printen - elke nieuwe hars heeft gewoon zijn eigen spuit nodig. De onderzoekers testten de printer met maar liefst drie verschillende spuiten, elk gevuld met hars in een andere kleur geverfd. Ze hebben met succes modellen van beroemde gebouwen uit verschillende landen geprint in de kleur van de vlag van elk land, waaronder de Sint-Sofiakathedraal in het blauw en geel van de Oekraïense vlag en de Independence Hall in Amerikaans rood, wit en blauw.

"Het vermogen om objecten te maken met gevarieerd materiaal of mechanische eigenschappen is een heilige graal van 3D-printen", zegt Lipkowitz. "De toepassingen variëren van zeer efficiënte energieabsorberende structuren tot objecten met verschillende optische eigenschappen en geavanceerde sensoren."

Nadat ze met succes hebben aangetoond dat iCLIP het potentieel heeft om met meerdere harsen te printen, werken DeSimone, Lipkowitz en hun collega's aan software om het ontwerp van het vloeistofdistributienetwerk voor elk geprint stuk te optimaliseren. Ze willen ervoor zorgen dat ontwerpers de grenzen tussen harssoorten goed onder controle hebben en mogelijk het printproces nog verder versnellen.

"Een ontwerper zou vloeistofdynamica niet moeten begrijpen om een ​​object extreem snel te kunnen printen", zegt Lipkowitz. "We proberen efficiënte software te maken die een rol kan spelen die een ontwerper wil printen en die niet alleen automatisch het distributienetwerk genereert, maar ook de stroomsnelheden bepaalt om verschillende harsen toe te dienen om een ​​doel met meerdere materialen te bereiken." + Verder verkennen

Objecten kunnen nu worden 3D-geprint in ondoorzichtige hars