Wellenlängen voraus: Lösung für ewiges 3D-Druck-Problem gefunden

Wer komplexe Strukturen im 3D-Druck herstellen will, kommt um Stütz­ma­te­ri­al nicht herum. Das Entfernen ist mühsam und kann Teile beschädigen. For­scher hatten jetzt eine smarte Idee: temporäre Stützen, die sich nach dem Druck einfach auflösen.

Stützen im 3D-Druck verhindern viele Formen

Ein Bauteil mit Hohlräumen, beweglichen Teilen oder scheinbar schwebenden Details - was im 3D-Modell gut aussieht, scheitert oft beim Druck. Denn viele Formen brauchen während des Druckprozesses eine Stütze, damit sie nicht in sich zusammenfallen. Diese Stützstrukturen müssen bei traditionellen Drucktechniken mühsam entfernt werden - oft per Hand, manchmal mit dem Risiko, das fertige Objekt zu beschädigen.

Ein Forschungsteam hat nun eine Technik entwickelt, mit der sich solche Stützen direkt im selben Material drucken lassen - und sich nach dem Druck ganz einfach in Flüssigkeit auflösen. Der Clou: Gedruckt wird mit zwei verschiedenen Lichtfarben gleichzeitig - UV-Licht und sichtbarem Licht. Je nach Lichtfarbe wird ein anderes Material im Harzgemisch fest - entweder dauerhaft oder nur vorübergehend.


Zum Einsatz kommt ein Verfahren namens DLP-Druck (Digital Light Processing). Dabei wird flüssiges Harz Schicht für Schicht durch Licht gehärtet. Neu ist hier, dass beide Materialien - das für das eigentliche Objekt und das für die temporären Stützen - schon in einer einzigen Flüssigkeit vorliegen. Welche Bereiche dauerhaft fest werden und welche sich später wieder abbauen, wird allein über die Lichtfarbe gesteuert.

In Kürze: Wie funktioniert's?
Sichtbares Licht (violett, 405 Nanometer) aktiviert nur die Stützstruktur. UV-Licht (365 Nanometer) sorgt dafür, dass zusätzlich das stabile Hauptmaterial reagiert. So entstehen in einem einzigen Schritt zwei Materialien an genau den richtigen Stellen. Die beiden chemischen Reaktionen stören sich dabei nicht - das macht das Verfahren besonders effizient.

Für die Umsetzung hat das Team einen eigenen Drucker gebaut. Das Besondere: Ein einziges digitales Spiegelmodul (DMD) steuert beide Lichtquellen. Jeder kleine Spiegel kann dabei individuell zwischen UV- und sichtbarem Licht wählen - je nachdem, in welchem Winkel er steht. So lassen sich in einem einzigen Belichtungsvorgang zwei unterschiedliche Materialien gleichzeitig strukturieren. Diese Technik nennt sich "Dual-Wavelength Negative Imaging" (DWNI).

Das macht viel möglich

Mit dieser Methode wurden sehr komplexe Strukturen gedruckt - etwa ineinander liegende Ringe oder eine Kugel in einem Käfig. Nach dem Druck wird das Objekt kurz erhitzt, um das dauerhafte Material auszuhärten. Danach wandert es in eine Lauge - dort lösen sich die temporären Stützen innerhalb weniger Stunden vollständig auf. Sie bestehen aus einem speziell entwickelten Kunststoff, der in basischer Lösung zerfällt, ohne schädliche Rückstände zu hinterlassen.

Die Studie stammt von Forschern des Lawrence Livermore National Laboratory und der University of Utah. Sie zeigen damit, dass sich empfindliche oder schwer zugängliche Geometrien künftig einfacher und schonender herstellen lassen - ganz ohne aufwendige Nachbearbeitung oder Materialwechsel. Die Technik könnte besonders für medizinische Modelle, filigrane Technikbauteile oder fein strukturierte Leichtbauelemente interessant sein - überall dort, wo klassische Stützen bislang ein Hindernis waren.

Stützfreier 3D-Druck - Überblick über andere Ansätze

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