Die Technologie des 3D-Drucks schreitet schnell voran und bringt neue Innovationen mit sich, die die Art und Weise, wie wir komplexe und maßgeschneiderte Objekte herstellen, erheblich verändern. Eine der neuesten und interessantesten Methoden, die von Forschern des MIT und der Universität Delft entwickelt wurde, nutzt eine Technik namens "geschwindigkeitsmoduliertes Bügeln", die es ermöglicht, mehrfarbige und texturierte Gegenstände mit minimalem Abfall herzustellen. Diese Methode verwendet eine Doppeldüse, um die erhitzten Materialien präzise zu steuern und verschiedene Änderungen in Farbe, Schattierung und Textur mit nur einem Material zu ermöglichen.

Aktuelle 3D-Druckmethoden, die mehrere Materialien einbeziehen, erfordern oft komplizierte Prozesse mit mehreren Düsen, bei denen ein Material verworfen werden muss, bevor ein anderes angewendet werden kann. Diese neue Technik ändert dieses Paradigma vollständig und ermöglicht die Herstellung von Objekten in nur einem Schritt, ohne Materialverluste. Darüber hinaus bietet die Technik eine feine Kontrolle über Temperatur und Geschwindigkeit, was zu sehr detaillierten Übergängen in Farbe und Textur führt und Objekte schafft, die viel raffinierter erscheinen als das, was mit früheren Methoden möglich war.

Im Wesentlichen verwendet die Methode wärmesensitive Materialien, die auf Temperaturänderungen reagieren, und die Geschwindigkeit der zweiten Düse diktiert die Heizstufe und ermöglicht somit die Kontrolle über das endgültige Aussehen des Objekts. Beispielsweise haben die Forscher bei der Herstellung von Fahrradgriffen verschiedene Düsen Geschwindigkeiten verwendet, um Variationen in der Rauheit der Oberfläche zu erreichen und Griffe zu schaffen, die einfacher zu greifen und zu handhaben sind. Diese Technik erfordert keine Änderungen an der Hardware-Konfiguration der Drucker, was einen zusätzlichen Vorteil darstellt, da sie eine breite Anwendbarkeit ohne hohe Kosten ermöglicht.

Die Forscher haben sich auch darauf konzentriert, ein Softwaremodell zu entwickeln, das die genauen Parameter vorhersagt, die zur Erreichung der gewünschten Ergebnisse erforderlich sind. Dieses Modell automatisiert den Prozess der Herstellung komplexer Objekte, was bedeutet, dass Benutzer einfach ihre Anforderungen an Farbe und Textur eingeben können, und das System generiert die Anweisungen für den Drucker. Dies öffnet die Tür zu neuen Möglichkeiten für Designer und Ingenieure, insbesondere in Branchen, die personalisierte Produkte mit hoher Präzision erfordern, wie z.B. medizinische Geräte, Automobilteile oder sogar Konsumgüter.

Eine der Herausforderungen, mit denen sie konfrontiert waren, ist die Gewährleistung, dass das Material während des Druckprozesses gleichmäßig erhitzt wird. Bei früheren Methoden waren das Erhitzen der Düse und die Anpassung der Temperatur zeitaufwendig und kostspielig und erforderten oft zusätzliche Energie und Zeit. Mit der neuen Technik hingegen wird die Temperaturkontrolle durch die Düsen Geschwindigkeit optimiert, was die Notwendigkeit zusätzlicher Heiz- oder Kühlmaßnahmen beseitigt. Diese Zeitersparnis beschleunigt nicht nur den Produktionsprozess, sondern reduziert auch den Energieverbrauch erheblich, was in Branchen von entscheidender Bedeutung ist, die ihren CO2-Fußabdruck verringern möchten.

Die Anwendung dieser Technik hat bereits beeindruckende Ergebnisse gezeigt, wie z.B. die Herstellung von teilweise transparenten Wasserflaschen mit präzisen grafischen Elementen und Fahrradgriffen mit unterschiedlichen Rauheitsgraden für einen verbesserten Griff. Der Einsatz von wärmesensitiven Materialien, die auf Wärme reagieren, ermöglicht die Herstellung komplexer Objekte mit viel höherer Präzision und Vielfalt in Textur, Farbe und allgemeinem Aussehen.

Neben der Möglichkeit, Objekte mit komplexeren ästhetischen Eigenschaften herzustellen, bietet diese Technik auch Potenzial für weitere Erforschung der mechanischen und akustischen Eigenschaften von Materialien. Forscher planen, auch andere wärmesensitive Materialien wie Kunststoffe zu testen, die in verschiedenen Branchen Anwendung finden könnten. Es wird erwartet, dass diese Technologie die Anpassung der mechanischen Eigenschaften von Objekten ermöglicht, wie z.B. Härte, Flexibilität und sogar Schalldämmung, was völlig neue Möglichkeiten in der Fertigung und im Design eröffnen könnte.

Eine der wichtigsten Anwendungen dieser Technologie könnte die Reduzierung von Abfall und Energieverbrauch in den Produktionsprozessen sein. Das multimaterielle 3D-Drucken, das mehrere Düsen und Materialien erfordert, ist oft sehr verschwenderisch, da Materialien häufig gewechselt werden müssen, was zu einer großen Menge an Abfall führt. Mit dieser neuen Technik werden jedoch die Materialien effizienter genutzt, was die Notwendigkeit überflüssiger Materialien verringert und die Produktionszeit verkürzt. Dies könnte erhebliche Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit in der Fertigung haben, insbesondere in Branchen, die auf die Massenproduktion maßgeschneiderter Teile angewiesen sind.

In Zukunft planen die Forscher, diese Technik weiterzuentwickeln, um zu untersuchen, wie sie an verschiedene Materialarten angepasst werden kann und wie sie in neuen Industrien eingesetzt werden kann. Obwohl die Methode derzeit auf visuelle Aspekte wie Farbe und Textur ausgerichtet ist, gibt es Pläne zur Untersuchung der Möglichkeiten zur Kontrolle mechanischer Eigenschaften, was neue Türen für die Entwicklung von 3D-gedruckten Produkten eröffnen könnte, die Ästhetik und Funktionalität vereinen.

Diese Technologie hat das Potenzial, nicht nur die 3D-Druckindustrie zu revolutionieren, sondern auch für breitere Anwendungen in verschiedenen Industrien, einschließlich Medizin, Automobilsektor und Elektronikfertigung. Während die Forscher weiterhin diese Methode entwickeln, ist es möglich, dass ihre Anwendungen auf neue Materialien und Anwendungen ausgeweitet werden, was die Gelegenheit für die Herstellung von Gegenständen mit verbesserten Eigenschaften und höherer Präzision bei reduzierten Energie- und Ressourcenverbrauch bietet.

Quelle: Massachusetts Institute of Technology