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Wissenschaftler der Universität in Bristol beschreiben in der Studie “3D Printed Components With Ultrasonically Arranged Microscale Structure“, die im Smart Materials and Structures Journal publiziert wurde, einen neuartigen 3D-Druck Prozess für Verbundwerkstoffe. Diese Materialien, wie beispielsweise Carbonfaserwerkstoffe, werden unter anderem für die Herstellung von Hochleistungsprodukten wie Tennisschläger oder auch für Flugzeugbauteile herangezogen werden.
Bei dem Prozess werden Ultraschallwellen eingesetzt um Millionen von winzigsten Verstärkungsfasern innerhalb des Materials während des Druckvorgangs zu positionieren. Die Fasern werden zu einer Rahmenverstärkung geformt, die dem Material die nötige Festigkeit verleiht. Danach kommt ein fokussierter Laserstrahl zum Einsatz um die Mirkostrukturen zu festigen und das Epoxidharz auszuhärten. Der Prozess soll eine Druckgeschwindigkeit von 20 mm/s erreichen; die Anordnung der Fasern kann durch Ändern der Ultraschallwellen-Musters kontrolliert werden.
Das Gerät selbst basiert auf einem herkömmlichen 3-Achsen Drucker, auf dem das Laser-Modul und der vom Team entwickelte Ultraschall-Apparat montiert wurde. Laut PhD Student Tom Llewellyn-Jones kann ein Standard 3D-Drucker mit dem Ultraschall-System günstig angepasst werden.
Der neue Ansatz ermöglicht die Erstellung von komplexen Faserstrukturen innerhalb eines 3D-gedruckten Objektes. Durch die vielseitige Natur der Ultraschall-Methode kann auch eine breite Palette an materiellen Partikeln in verschiedenen Formen und Größen eingesetzt werden.
Bruce Drinkwater, Professor of Ultrasonics in the Department of Mechanical Engineering:
“Our work has shown the first example of 3D printing with real-time control over the distribution of an internal microstructure and it demonstrates the potential to produce rapid prototypes with complex microstructural arrangements. This orientation control gives us the ability to produce printed parts with tailored material properties, all without compromising the printing.”
