Beschleunigung des 3D-Drucks

3-D-Drucker können Objekte herstellen, die mit Formen, Fräsen und anderen herkömmlichen Herstellungsverfahren unmöglich oder teuer herzustellen sind. Diese Drucker arbeiten jedoch zu langsam, um in Fabriken weit verbreitet zu sein.

1. Ein Techniker gießt viskose Polymervorstufen in die Druckermulde. Das untere Fenster lässt Licht von einem darunter liegenden UV-Lichtprojektor herein und ist sauerstoffdurchlässig.

Das liegt daran, dass die heutige Version der Technologie Objekte Schicht für Schicht aufbaut. Es ist im Wesentlichen immer wieder 2-D-Druck, sagt Chemieingenieur Joseph DeSimone, Gründer und CEO von Carbon 3D, einem Startup in Redwood City, Kalifornien. Sein Unternehmen behauptet, eine Technologie zu haben, die je nach Objekt und Material 25- bis 100-mal schneller ist.

Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom Juli 2015

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DeSimone hofft, dass die Drucker von Carbon 3D verwendet werden, um Flugzeug- oder Autoteile herzustellen, die stärker und dennoch leichter sind als die heute verwendeten, was zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs beiträgt. Er möchte auch den schnellen Druck individueller Schuhsohlen ermöglichen, die an die Eigenheiten individueller Fußgewölbe angepasst sind, und Drucker in Operationssälen aufstellen, um Stents zu erzeugen, die auf die Arterien der Patienten abgestimmt sind.

2-4. Bild für Bild projiziert das ultraviolette Licht das Design in das chemische Bad. Ein Teil des Lichts ist als violettes Leuchten sichtbar.

5-6. Wenn die exponierten chemischen Vorläufer aushärten, zieht ein mechanischer Arm das wachsende Objekt aus dem Bad. Eine dünne Sauerstoffschicht am Badboden verhindert das Anhaften der Härtungsmuster.

7. Ein Techniker entfernt das fertige Objekt, dessen Druck 17 Minuten dauerte. Das Unternehmen sagt, dass diese Struktur in sieben Minuten hergestellt werden kann, wenn der Prozess nicht für Fotos verlangsamt wird.

8. Dies ist ein vergrößertes Modell der Knochenstruktur. Ein solches Muster kann nicht mit einer Form hergestellt werden, und es wäre sehr aufwendig, Material aus einem festen Polymerblock herauszufräsen.

Ein Modell des Eiffelturms, das aus dem Harz hergestellt wird.

9. Ein Strebenmuster im Inneren dieses 3-D-gedruckten Zylinders aus Hartharz verleiht zusätzliche Festigkeit, ohne viel Gewicht hinzuzufügen. Laut dem Unternehmen könnte diese Art von Design verwendet werden, um Metallstützstrukturen in Flugzeugsitzen zu ersetzen.

10–11 Die Drucker können auch Objekte aus federnden, flexiblen Elastomeren bauen, die sich gut für tragbare Gegenstände wie Schuhsohlen und Kopfhörer eignen könnten. Elastomere sind mit der traditionellen additiven Fertigung nicht kompatibel, sagt DeSimone.

Der Prozess von Carbon 3D ist eine Variation einer Methode namens Stereolithographie, die projizierte Muster aus ultraviolettem Licht verwendet, um die Bildung fester Polymere aus einem Harzpool zu katalysieren. Die Stereolithographie ist normalerweise ein Stop-and-Start-Prozess – das zu druckende Objekt haftet am Boden des Gefäßes, in dem es sich befindet, und muss nach jedem Lichtblitz abgehebelt werden. Das Wiederholen dieses Vorgangs mit jeder Schicht ist langsam und hinterlässt das fertige Objekt dort, wo jede Schicht mit einer anderen verbunden ist, mechanisch schwach.

In der Version von Carbon 3D befindet sich der Pool aus flüssigem Harz in einem Gefäß mit einem Fenster am Boden. Das Fenster ist durchlässig wie eine Kontaktlinse, lässt also nicht nur Licht, sondern auch Sauerstoff durch – was die chemische Reaktion gerade so weit hemmt, dass sich das Polymer nicht auf der Unterseite verfestigt. Dadurch kann Carbon 3D kontinuierlich eine Schicht über die nächste drucken, was den Prozess viel schneller und die resultierenden Materialien stärker macht, sagt DeSimone. Es sieht aus wie etwas, das aus einer Pfütze wächst, sagt er.

Andere Forscher haben Drucksysteme demonstriert, die einige der Techniken beinhalten, die in den Maschinen von Carbon 3D verwendet werden, und einige dieser Methoden können Merkmale mit höheren Auflösungen drucken als der Prozess des Unternehmens. DeSimone, der Carbon 3D im Jahr 2013 gründete und von der University of North Carolina beurlaubt ist, um für das Unternehmen zu arbeiten, verfügt über 51 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln, um die Drucker und Polymermaterialien weiterzuentwickeln, die seine ersten Produkte sein werden. In diesem März kam das Unternehmen mit a aus dem Stealth-Modus Wissenschaft Papier, das seine Technologie beschreibt, und ein fesselndes Video eines kleinen blauen Modells des Eiffelturms, das schnell aus einem zähflüssigen kleinen Teich auftaucht.

DeSimone sagt, dass die meisten kommerziellen 3-D-Drucksysteme zwar von Maschinenbauingenieuren entworfen wurden, aber sein Fokus auf Chemie Carbon 3D auszeichnet. Wir wollen Materialeigenschaften bieten, die es so noch nie gegeben hat, sagt er.

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