Imperial College entwickelt Low-Cost Variante eines Multimaterial 3D-Drucker

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Professor Paul Curtis vom Imperial College London und das UK´s Defence Science and Technology Laboratory haben einen speziellen Multimaterial-3D-Drucker entwickelt. Die Forschung wurde in der letzten Ausgabe des 3D Printing and Additive Manufacturing Journal veröffentlicht.

Das dort vorgestellte System ist in der Lage Materialien wie lichtaushärtende Harze, niedrigschmelzende Metalllegierungen und Silikone zu verarbeiten. Der 3D-Drucker soll vor allem für die experimentelle Erforschung des Multimaterial-3D-Druck verwendet werden.

Das System wurde als Low-Cost-Variante konzipiert, da derzeitige Lösungen, wie z.B. Stratasys Connex Range, zu hohe Anschaffungskosten mit sich bringen. Laut den Forschern beeinträchtigt dies weiterhin die Erforschung von Lötzinn-Legierungen und Keramiken in der additiven Fertigung.

Die Ursprungskonfiguration des Systems besteht aus drei Druckköpfen, ein normaler Tintendruckkopf für Materialien bei Raumtemperatur, eine kontinuierliche Düse für die lichtaushärtenden Harze und eine beheizbaren Düse für die niedrigschmelzenden Legierungen.

Um das System zu verifizieren wurde ein sog. „lokal resonantes Material“ (LRM) gedruckt. Dieses Material hat die Fähigkeit unerwünschte Geräusche und Vibrationen zu reduzieren und wird aktuell erforscht. Das hier untersuchte LRM-Zelle hat eine rechteckige Form und beinhaltet im Inneren drei Kugeln aus niedrigschmelzendem Metall (s. Abb. 1).

 

Abbildung 1: LRM-Zelle. Im Inneren befinden sich die sphärischen Metallobjekte, die aus niedrigschmelzender Legierung gefertigt sind.

 

Für die äußere Hülle des Bauteils wurde lichtaushärtendes Permabond UV625 Harz verwendet. Das Harz wird flüssig über eine Düse aufgetragen und unmittelbar über UV-Licht ausgehärtet. Die erste Hälfte besteht aus dem Harz, danach wurde eine Schicht des Silikons aufgetragen. Die Silikonschicht befindet sich als Grenzschicht zwischen den Metallkugeln und dem Harz. Anschließend wurde in die Kavitäten die niedrigschmelzende Legierung (Zinn, Silber und Kupfer) über das Direct Metal Writing Verfahren eingefüllt.

Eine große Herausforderung lag in der simultanen Pfadsteuerung der drei Druckköpfe über die Software LABView. Hierfür mussten die Forscher die Software anpassen. Damit war es möglich sechs Zustände, von „Leerlauf“ bis „Drucken“. In einem Zustand ermöglicht LabVIEW dem Benutzer 3D-Druck Koordinaten für ein hochgeladene stl.-Datei zu generieren. Diese können, wenn nötig angepasst werden.

Das am Imperial College entworfene System besitzt ein hohes Potential für weitere Bemühungen im Bereich des Mulitmaterial-Druck. In der Schlussfolgerung legen die Autoren folgendes dar:

As future work, alternative materials will be used in the heated inkjet to allow normal droplet creation and alternative composite designs can be explored to examine how well the printer can cope with more irregular geometry. In addition, further development of the geometry processing method is needed to allow the user to upload a single STL file and for the program to recognize the different material components in the multimaterial object.