Ein schnelles und reproduzierbares 3D Druck-Verfahren, welches von Forschern der Carnegie Mellon University im US-amerikanischen Pittsburgh kürzlich entwickelt wurde, könnte durchaus das Potenzial besitzen, die Welt des industriellen Miniatur 3D Drucks zu verändern. Es geht dabei um den 3D Druck von Eisstrukturen. Auf deren Basis sollen zukünftig Opferschablonen hergestellt werden, mit dem Ziel, daraus Leitungen oder andere offene Merkmale im Innern eines Modells freilegen zu können.
Stützstrukturen für kleinste Details nötig
Hintergrund dieser Innovation ist der Umstand, dass der Umgang mit Stützstrukturen derzeit zu den größten Herausforderungen im Bereich des Miniatur 3D Drucks gehört. Zwar ist es grundsätzlich möglich, eine Vielfalt an filigranen Details zu drucken, was jedoch nicht möglich ist ohne Stützstrukturen.
An dieser Stelle kommt das Pittsburgher Eisverfahren ins Spiel.
Eisschablonen mit glatten Wänden
Akash Garg, seines Zeichens Doktorand im Fachbereich Maschinenbau, fasst es so zusammen:
„Mit unserem 3D-Eisverfahren können wir mikroskalige Eisschablonen mit glatten Wänden und verzweigten Strukturen mit glatten Übergängen herstellen. Diese können anschließend zur Herstellung von mikroskaligen Teilen mit gut definierten inneren Hohlräumen verwendet werden.“
Ebenfalls an der Entwicklung dieses Verfahrens beteiligt war Saigopalakrishna Yerneni, in seiner Funktion als Postdoktorand im Fachbereich Chemieingenieurwesen. Die Leitung lag bei den 3 Professoren für Maschinenbau und Biomedizintechnik, Burak Ozdoganlar, Philip LeDuc und Phil Campbell.
Wasser perfekt für diese Aufgabe
Als die am häufigsten auf der Erdoberfläche vorkommende Substanz eignet sich Wasser aus der Sicht der US-Forscher mehr oder weniger perfekt für diese Aufgabe. Immerhin ist es zugleich das biokompatibelste Material und es bietet einen schnellen Phasenübergang von flüssig zu fest.
Im Rahmen der Reverse-Molding-Technologie finden dabei Eisstrukturen als Opferschablonen Verwendung. Dabei werden die Eisstrukturen in flüssiges oder gelartiges Strukturmaterial getaucht und anschließend ausgehärtet. Im Anschluss wird das Wasser entfernt, was entweder durch Verflüssigung oder durch Umwandlung in Wasserdampf geschieht.
Um Wassertropfen mit einem Durchmesser von 50 µm auszustoßen, findet kalte Tintenstrahldüse Verwendung, welche -35 ◦C eingestellt wird. Zugleich wird die Bauplattform mit dem Tropfenausstoß syncrhonisiert, um zu ermöglichen, dass komplizierte Eisstrukturen gedruckt werden können.
Einstellung der Druckparameter als Herausforderung Als eine besondere Herausforderung hat sich hierbei die Einstellung der Druckparameter herausgestellt. So waren zahlreiche Studien notwendig, um einerseits die Geschwindigkeit der Bewegungsphasen sowie andererseits die Tröpfchen-Frequenzen bestimmen zu können.
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