Volumetrischer Harz-3D-Druck erklärt

Es gibt mehrere 3D-Drucktechniken, die für die Massenfertigung geeignet sind. Eine dieser Techniken ist der kontinuierliche Harz-3D-Druck hier. Eine weitere, recht neue Methode ist der volumetrische 3D-Druck. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Technologie hinter dem volumetrischen Harz-3D-Druck, seine Vor- und Nachteile, kompatible Harze und Unternehmen, die in diesem Bereich tätig sind.

Was ist volumetrischer Harz-3D-Druck?

3DAdept veröffentlicht ein interessanter Artikel und erklärte ihn wie folgt: „Volumetrischer 3D-Druck ist ziemlich komplex zu definieren. Bei diesem Verfahren wird ein Muster wiederholt aus allen Winkeln in einen Behälter mit transparenter Photopolymerflüssigkeit projiziert. Diese harzbasierte Technologie wird oft mit dem SLA-Druck verglichen. Das Besondere daran ist jedoch die Tatsache, dass der volumetrische 2D-Druck nicht durch die Projektion eines 3D-Bilds der aktuellen Schicht in den Behälter zum Aushärten des Harzes verwendet, sondern mehrere Lichtquellen verwendet, um Schnittpunkte in der Flüssigkeit zu erzeugen. Darüber hinaus können harzbasierte 3D-Drucker Sauerstoff nicht widerstehen, letzterer kann jedoch als Zusatz beim volumetrischen 3D-Druck verwendet werden, da der Bediener die Verfestigung verlangsamen muss, da die Lichtmuster über eine gewisse Distanz ungehindert durch das Harz dringen müssen.“

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein mit Photopolymerharz gefüllter Tank einer Lichtquelle ausgesetzt wird und das Objekt sofort und nicht Schicht für Schicht gedruckt wird. Die Methode, das Harz dem Licht auszusetzen, ist von verschiedenen Unternehmen patentiert und verwendet unterschiedliche Techniken.

Volumetrischer Harz-3D-Druck von Readily3D.

Forscher von der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne und Gründer von Bereit3D Erklären Sie, wie das Projekt begann: „Während unseres Ph.D. In unseren Studien diskutierten wir mehrfach neue Konzepte für die Fotopolymerisation, bei denen es darum ging, Strahlen in 3D zu formen, um das gewünschte Teil zu erzeugen. Das Projekt startete im Jahr 2017. Wir beschlossen, experimentell zu testen, ob wir ein 3D-Objekt herstellen können, indem wir ein lichtempfindliches Harz aus mehreren Winkeln beleuchten. Dies war die Grundlage für den tomografischen Druck. Diese ersten Experimente waren überraschend erfolgreich und wir erkannten, dass wir etwas auf der Spur waren".

Bild von Readily3D: schematische Ansicht ihres volumetrischen 3D-Druckers.

Laut Bereit3DDer tomografische 3D-Druck verfestigt lichtempfindliche Harze schnell in drei Dimensionen. Durch die Verwendung geformter Lichtstrahlen aus mehreren Winkeln. Da das gesamte Bauvolumen gleichzeitig beleuchtet wird, entstehen zentimetergroße Teile in nur wenigen Sekunden. Nach dem Drucken wird das Objekt von der ungehärteten Tinte getrennt und gesammelt.

Video von Readily3D: Live-volumetrischer 3D-Druck aufgenommen im Jahr 2018.

Volumetrischer 3D-Druck aus Harz von Xolo.

Die Technologie dahinter Xolo3D unterscheidet sich von Readily3D. Ihre Technologie wird in Veröffentlichungen in erläutert Natur: „Xolographie für den linearen volumetrischen 3D-Druck – Nature 588 (2020) 620, DOI: 10.1038/s41586-020-3029-7“.

Bild von Xolo: Die Technologie hinter dem volumetrischen Harz-3D-Drucker Xolography.

Ihre Erfindung basiert auf photoschaltbaren Molekülen. Diese Moleküle schalten erst beim Schnittpunkt (Xolographie) von Lichtstrahlen zweier unterschiedlicher Farben um und ermöglichen eine präzise Aushärtung des Ausgangsmaterials im gesamten Volumen. In Kombination mit einem neuen Druckverfahren basierend auf einem lasergenerierten Lichtblatt und projizierten Querschnittsbildern werden aus virtuellen 3D-Modellen die gewünschten Objekte generiert.

Video von Xolo3D: Belichten eines Würfels aus lichtempfindlichem Harz mit zwei verschiedenen Lichtquellen, um das endgültige Teil auf einmal auszuhärten.

Mögliche Vorteile des volumetrischen Harz-3D-Drucks.

Nach Theorien und QuellenDer volumetrische Harz-3D-Druck bietet verschiedene Vorteile. Der Hauptvorteil ist die hohe Druckgeschwindigkeit. Das ist höher, weil ein volumetrischer 3D-Drucker das komplette Teil auf einmal belichtet, anstatt Schichten von 0,1 mm. Darüber hinaus sind keine Stützen erforderlich, da die gedruckten Teile im Harz „schwimmen“. Ein dritter Vorteil ist das Fehlen mechanischer Kräfte zwischen dem Teil und der Hardware. Bei herkömmlichen 3D-Druckern wird das Teil vom Boden des Harztanks abgezogen, was bei volumetrischen 3D-Druckern nicht der Fall ist.

Mögliche Nachteile des volumetrischen Harz-3D-Drucks.

Da der volumetrische 3D-Druck noch nicht weit verbreitet ist, ist es schwierig, die tatsächlichen Nachteile dieser Technik zu benennen. Schwerpunkte könnten die Genauigkeit der Teile, die Verfügbarkeit von Materialien und die erforderliche Transparenz des Photopolymerharzes sein. Es wird erwartet, dass einige dieser potenziellen Nachteile behoben werden, wenn diese Technologie auf den Markt kommt.

Mit volumetrischem 3D-Druck kompatibles Harz.

Das Lesen der Dokumentationen, Veröffentlichungen und Patente der Unternehmen, die im volumetrischen 3D-Druck und der Acrylat-basierten Chemie tätig sind, wird für diese Drucker gut angenommen. Die meisten Materialien erfordern jedoch eine spezielle lichtempfindliche Verbindung, um entweder auf zwei verschiedene Lichtquellen (Xolo3D) oder auf Lichtquellen aus unterschiedlichen Winkeln (Readily3D) zu reagieren. Zusätzlich wird in beiden Fällen berichtet, dass die Harze transparent sein müssen. Insbesondere die spezifischen Reaktivitätsanforderungen machen es schwierig, einfach ein beliebiges Harz zu nehmen und zu verwenden. Es wird erwartet, dass es in den kommenden Jahren mehr Materialoptionen geben wird, wenn die Technologie zum Mainstream wird.