3D-Druck kann ein langwieriges Geschäft sein: Ein Werkstück wird Schicht für Schicht aufgebaut. Ein Team aus China hat nun ein 3D-Druck-Verfahren entwickelt, bei dem ein Werkstück nach Angaben der Entwickler in Sekundenschnelle komplett aufgebaut werden kann.
Digital Incoherent Synthesis of Holographic Light Fields (DISH) nennt das Team um Xukang Wang, Yuanzhu Ma und Yihan Niu von der renommierten Tsinghua University in Peking das Verfahren. Damit ließen sich Objekte im Millimeterbereich mit einer Auflösung von etwa 19 Mikrometern in nur 0,6 Sekunden drucken, berichtet das Team in der Fachzeitschrift Nature.
Das Verfahren ähnelt der Stereolithografie, bei der ein Harz durch Licht ausgehärtet wird. Allerdings handelt es sich um ein volumetrisches Verfahren. Hierbei wird ein Werkstück nicht schichtweise aufgebaut. Stattdessen wird ein Licht aus verschiedenen Winkeln in das Harz projiziert, sodass das Werkstück als Ganzes erstellt wird.
Der Laser rotiert um das Harz
Das Tsinghua-Team nutzt zum Belichten einen kohärenten Laser mit einer Wellenlänge von 405 Nanometern, der durch ein digitales Mikrospiegelsystem mit einer Frequenz von 17 Kilohertz moduliert wird. Ein Periskopsystem, das bis zu zehn Mal pro Sekunde um den Harzbehälter rotiert, lenkt die Laserstrahlen in das Harz. So wird ein Muster in das Harz projiziert, damit in der richtigen Tiefe die Lichtenergie ankommt, die nötig ist, um das Harz zu härten.
DISH ist nicht das erste volumetrische 3D-Druck-Verfahren. Bei bisherigen Ansätzen wie der Computed Axial Lithography müssen jedoch Zugeständnisse bei der Präzision oder bei der Druckgeschwindigkeit gemacht werden.
Der Harzbehälter wird gedreht
Die volumetrischen Verfahren erfordern, dass der Behälter mit dem Harz gedreht wird. Wird der Behälter zu schnell gedreht, kann das zu Vibrationen oder Bewegungen im Harz und damit zu Ungenauigkeiten beim Druck führen. Für langsame Drehungen ist ein sehr viskoses, also zähflüssiges Harz nötig, um die Positionsstabilität bei langsameren Belichtungen zu erhalten.
Das Team hat zudem gezeigt, dass sich mit dem DISH-Verfahren Objekte aus verschiedenen Materialien aufbauen lassen: Neben Harzen mit unterschiedlicher Viskosität druckten die Forscher auch mit biobasierten Hydrogelen wie Gelatinemethacrylat (GelMA) und Seidenfibroinmethacrylat (SilMA).
Anwendungen für ihr Verfahren sehen die Forscher beispielsweise in der Medizin oder in der Robotik. Langfristig soll es sich auch für den Einsatz in der Industrie eignen.
(wpl)
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