CLIP 3D-Drucktechnologie: Objekte aus flüssigem Harz

Inhalt

• Eine neue Methode des 3D-Drucks
• Drucken einer Gitterform mit CLIP-Technologie (7-fache Geschwindigkeit)
• Die Carbon Company
• Drucken eines Mini-Eiffelturms in sechs Minuten
• Druckerstruktur und Grundfunktion
• CLIP 3D-Druck im Detail
• Mögliche Vorteile der neuen Technologie
• Aktuelle Druckermodelle
• Einige mögliche Probleme mit der Technologie
• Gegenwart und Zukunft für CLIP
• Verweise

Linda Crampton unterrichtete viele Jahre lang Schüler in Naturwissenschaften und Informationstechnologie. Sie lernt gerne über neue Technologien.

Eine neue Methode des 3D-Drucks

Eine neue und beeindruckende Methode des 3D-Drucks wurde auf der TED 2015-Konferenz in Vancouver vorgestellt. Es ist jetzt im Handel erhältlich und wird weiter verbessert. Die Technologie verwendet ultraviolettes Licht und Sauerstoff, um ein Objekt aus einem Pool aus flüssigem Harz zu erzeugen. Wie in den folgenden Videos gezeigt, scheint das Objekt aus der Flüssigkeit zu "wachsen", was an die Entstehung des T1000 aus der Flüssigkeit erinnert Terminator 2 Film. Tatsächlich sagt der CEO des Unternehmens, das die Technologie entwickelt hat, dass er von diesem Film inspiriert wurde.

Das neue Druckverfahren ist als CLIP bekannt und steht für Continuous Liquid Interface Production. Mit CLIP können starke, funktionale und attraktive Objekte schnell in einem All-in-One-Prozess gedruckt werden. Bei anderen 3D-Druckverfahren wird ein Medium in Schichten abgeschieden, um allmählich ein Objekt aufzubauen. Das Verfahren ist als additive Fertigung bekannt.

Das Drucken eines Objekts durch additive Fertigung kann zeitaufwändig sein und Stunden oder sogar Tage dauern. Da das Objekt aus miteinander verschmolzenen Schichten besteht, fehlt dem Endprodukt außerdem manchmal die Festigkeit. Die Schichten können im Endprodukt sichtbar sein, was dem Objekt ein gebändertes Aussehen verleiht. CLIP kann diese Probleme lösen.

Was ist TED?

TED steht für Technologie, Bildung und Design. Es ist eine gemeinnützige Organisation, deren Ziel es ist, neue Ideen zu verbreiten, vor allem durch Reden von Menschen, die etwas zum Nachdenken anregen.

Drucken einer Gitterform mit CLIP-Technologie (7-fache Geschwindigkeit)

Die Carbon Company

Die CLIP-Technologie gehört zu einem Unternehmen namens Carbon mit Sitz in Redwood City in Kalifornien. Das Unternehmen hieß früher Carbon3D und hat immer noch den offiziellen Namen Carbon3D, Inc. Basierend auf den Mitarbeiterbeschreibungen auf der Website des Unternehmens wird Carbon von einigen hochqualifizierten und erfahrenen Mitarbeitern geführt. Das Unternehmen ist seit 2013 in Betrieb, hat seine Bemühungen jedoch bis 2015 geheim gehalten - oder zumindest nicht veröffentlicht.

Der CEO des Unternehmens ist Joseph DeSimone. Er ist von seiner Position als herausragender Professor für Chemie des Kanzlers an der Universität von North Carolina in Chapel Hill und von seinen anderen akademischen Positionen beurlaubt. Er soll sich sehr gut mit Polymeren auskennen. Sein Team besteht aus Chemikern, Ingenieuren, Informatikern und Geschäftsleuten.

Chemie, Ingenieurwesen und Informatik sind an der Aktion eines CLIP-Druckers beteiligt. Das Objekt wird durch Starten und Stoppen chemischer Reaktionen erzeugt. Die Ausrüstung, die dies ermöglicht, ist eine technische Leistung. Die Anweisungen, die dem Gerät "sagen", was zu tun ist, werden von einem Computerprogramm bereitgestellt.

Wir denken, dass der beliebte 3D-Druck tatsächlich falsch benannt ist - es ist wirklich nur immer wieder 2D-Druck.

- Joseph DeSimone, CEO von Carbon3D, Inc.

Drucken eines Mini-Eiffelturms in sechs Minuten

Druckerstruktur und Grundfunktion

Bei der CLIP-Technologie bewegt sich eine Bauplattform nach oben und zieht eine sich allmählich bildende Form aus einem Flüssigkeitsbehälter. Die Flüssigkeit ist ein Harz, das durch UV-Licht gehärtet werden kann. Der Begriff "Härten" bezieht sich auf das Aushärten einer Flüssigkeit durch Bildung von Polymeren oder langen Molekülketten und die Bildung von Vernetzungen (Bindungen) zwischen den Polymeren. Die Aushärtung wird durch die Zugabe von Energie wie ultraviolettem Licht oder Wärme oder durch die Zugabe bestimmter Chemikalien ausgelöst.

Am Boden des Behälters mit flüssigem Harz befindet sich eine transparente Membran oder ein Fenster, das für Sauerstoff durchlässig ist. Unter dem Fenster befindet sich ein Projektor, der ultraviolettes Licht aussendet. Die Carbon Company vergleicht das Fenster mit einer Kontaktlinse, da sowohl Licht als auch Sauerstoff durch das Fenster gelangen und in das Harz gelangen können.

Durch die Kombination von ultraviolettem Licht und Sauerstoff kann ein 3D-Objekt erstellt werden. Das UV-Licht löst die Polymerisation und die Bildung von Vernetzungen im Harz aus, was zur Verfestigung führt. Sauerstoff hat den gegenteiligen Effekt. Es stoppt die Bildung von Polymeren im flüssigen Harz unmittelbar über dem Fenster und verhindert die Verfestigung in diesem Bereich.

Ein Drucker benötigt Anweisungen, die seine Aktionen steuern und ihm "erklären", wie ein 3D-Grafikmodell in ein reales Objekt übersetzt werden soll. Diese Anweisungen werden von einer hoch entwickelten Computersoftware geliefert, die die am Druckprozess beteiligten Variablen steuert.

CLIP 3D-Druck im Detail

In einem CLIP-Drucker wird eine kontinuierliche Folge von Querschnittsbildern aus einem 3D-Grafikmodell in das Harz projiziert. Die Bilder werden in Form von UV-Lichtmustern gesendet.

Eine sehr dünne Harzschicht direkt über dem Fenster im Flüssigharzbehälter ist sauerstoffreich. Die sauerstoffreiche Schicht polymerisiert nicht, wenn UV-Licht durch sie hindurchgeht, und wird als Totzone bezeichnet. Dem Harz über der Totzone fehlt Sauerstoff und es polymerisiert, wenn das Licht darauf trifft, und bildet einen Feststoff entsprechend der Form des projizierten UV-Bildes.

Der Feststoff wird bei seiner Bildung langsam aus der Flüssigkeit herausgezogen. Die Saugkräfte, die durch diese Bewegung erzeugt werden, bewirken, dass sich mehr Flüssigkeit unter dem Objekt in Position bewegt. Dies bedeutet, dass das zu druckende Objekt viel größer sein kann als die Tiefe der Flüssigkeit.

Aufgrund des sauerstoffreichen Harzes am Boden des Behälters befindet sich immer Flüssigkeit unter dem erstarrenden Objekt, sodass das Objekt nicht am Boden des Behälters haften bleibt. Darüber hinaus wird das Objekt kontinuierlich und reibungslos ohne Unterbrechungen erstellt und nach oben gezogen. Diese Faktoren tragen dazu bei, die Bildung von Schichten und Bändern im Endprodukt zu verhindern.

Sobald ein Objekt gedruckt wurde, wird es in einem Umluftofen gebacken. Dies löst eine neue chemische Reaktion aus, die das Objekt stärkt. Der Prozess ist als thermische Härtung bekannt. Der Doppelhärtungsprozess in der CLIP-Drucktechnologie soll ein Material von technischer Qualität ergeben.

Mögliche Vorteile der neuen Technologie

Der CLIP-Druck ist 25- bis 100-mal schneller als bei früheren Techniken. (Der Prozess kann möglicherweise 1000-mal schneller sein als beim herkömmlichen 3D-Druck.) Dies ist eine sehr signifikante Steigerung. Es sollte einen Großteil der Frustration beenden, die durch die Zeit entsteht, die für die Herstellung eines dreidimensionalen Objekts benötigt wird. Es sollte auch die Anzahl der Anwendungen für den 3D-Druck erheblich erhöhen, sodass maßgeschneiderte Elemente gedruckt werden können, wann immer wir sie benötigen.

Darüber hinaus sollte die All-in-One-Druckmethode je nach verwendetem Druckmedium ein stärkeres Objekt erzeugen. Gedruckte Teile haben konsistente Eigenschaften und sehen viel mehr wie Spritzgussteile aus als die üblichen 3D-Drucksachen. Die neue Technologie kann auch flexible und gummiartige Objekte herstellen. Carbon ist am Massendruck der 3D-Zwischensohlen für den Adidas Futurecraft 4D-Schuh beteiligt.

Ab April 2020 konzentriert sich das Unternehmen Carbon auf den 3D-Druck von Nasopharynxabstrichen zum Nachweis des COVID-19-Virus und zum Drucken von Gesichtsschutzschildern. Es hat die Anweisungen zum Drucken geeigneter Tupfer und Abschirmungen an verschiedene Kunden gesendet, die seine Drucker verwenden.

Aktuelle Druckermodelle

Im April 2016 wurde der erste Drucker von Carbon (der M1) im Handel erhältlich. Das Unternehmen bietet derzeit L1-, M2- und M2d-Modelle des Druckers an.

• Der L1-Drucker ist für die Massenproduktion vorgesehen und hat ein zehnmal größeres Bauvolumen als der M1.
• Der M2 hat ein doppelt so großes Bauvolumen wie der M1 und eine Auflösung von 75 μm (75 Mikrometer). Ein Mikrometer ist ein Millionstel Meter. Im 3D-Druck ist das Erscheinungsbild des Objekts umso besser, je kleiner die Auflösungszahl ist.
• Der M2d hat ähnliche Funktionen wie der M2, jedoch ein kleineres Build-Volumen. Es soll ein Einstiegsdrucker für Dentallabore sein.

Einige mögliche Probleme mit der Technologie

Als der Originaldrucker zum ersten Mal angekündigt wurde, gab es Bedenken hinsichtlich der begrenzten verfügbaren Druckmedientypen. Die Liste der Materialien wird jedoch erweitert. Sie enthalten derzeit ein Elastomer. Elastomere sind elastische Polymere, wie der Name schon sagt. Die Materialien, die im Drucker verwendet werden können, umfassen derzeit Folgendes:

• Silikon
• flexibles Polyurethan
• starres Polyurethan
• elastomeres Polyurethan
• Cyanatester
• Epoxid
• Urethanmethacrylat
• verschiedene Dentalmaterialien

Ein weiteres Problem bei der ursprünglichen Technologie war die Größe der Objekte, die gedruckt werden konnten, und die zum Drucken benötigte Zeit. Die Existenz der Drucker L1 und M2 kann zumindest eine Teillösung für diese Probleme sein. Die Tatsache, dass die CLIP 3D-Technologie weiter voranschreitet, ist ermutigend.

Obwohl der Preis eines CLIP-Druckers für viele Menschen außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, gibt es eine billigere Option, um von der Technologie gedruckte Objekte zu erhalten. Die Sculpteo-Website druckt 3D-Objekte aus den Designs, die von Personen hochgeladen werden. Eine von der Website angebotene Option ist das CLIP-Drucken.

Gegenwart und Zukunft für CLIP

Carbon sagt, dass seine Drucker von Unternehmen und Institutionen verwendet werden. Die Drucker sind professionelle Modelle und richten sich nicht an Verbraucher. Die aktuellen Modelle sind im Abonnement und nicht im Kauf erhältlich. Trotzdem ist ein Abonnement teuer und nur für bestimmte Unternehmen erschwinglich. Für die Installation des Druckers, eine Einarbeitungszeit und andere Notwendigkeiten wird noch mehr Geld benötigt.

Joseph DeSimone sagt voraus, dass die Drucker letztendlich viele Vorteile bieten werden. In Zukunft können Ärzte möglicherweise während einer Operation Stents mit der richtigen Größe für einen Patienten erstellen. (Stents werden verwendet, um Blutgefäße offen zu halten.) Zahnärzte können möglicherweise Zahnimplantate drucken, während ein Patient auf einem Zahnarztstuhl sitzt. Autoteile und andere hergestellte Waren können schnell hergestellt werden, wann immer sie benötigt werden.

Viele technologische Ideen erfüllen nicht ihre Erwartungen und werden nicht erfüllt. Andere sind erfolgreich und ermöglichen es der Technologie, einen Sprung nach vorne zu machen, was manchmal unser Leben erheblich verbessert. Die CLIP 3D-Drucktechnologie kann eine der letzteren Ideen sein. Es wird sehr interessant sein zu sehen, ob dies wahr ist.

Verweise

• Joseph DeSimones TED 2015-Vortrag von der TED-Website.
• Neue Technologie transformiert den 3D-Druck der American Society of Mechanical Engineers
• Informationen zu neuen CLIP 3D-Druckmaterialien von 3dprint.com
• Carbon sammelt 200 Millionen US-Dollar und wird mit Adidas vom TCT-Magazin zusammenarbeiten
• 3D-Drucktupfer und Gesichtsschutz von Forbes

Dieser Artikel ist genau und nach bestem Wissen des Autors. Der Inhalt dient nur zu Informations- oder Unterhaltungszwecken und ersetzt nicht die persönliche Beratung oder professionelle Beratung in geschäftlichen, finanziellen, rechtlichen oder technischen Angelegenheiten.