Holographisches 3D‑Drucken ermöglicht Forschern, innerhalb Ihres Körpers zu drucken.

Additive Fertigungsverfahren profitieren weiterhin von Innovationen. Diese Woche stellte eine Forschergruppe der Concordia ein Verfahren vor, bei dem Hologramme verwendet werden, um komplexe Designs und mehr im 3D‑Druck zu realisieren. Insbesondere wird ihre holographische 3D‑Druckmethode von vielen als Lösung für zahlreiche Mängel der aktuellen Techniken angesehen. Hier finden Sie alles, was Sie über holographischen 3D‑Druck wissen müssen und warum er die Zukunft der Branche ist.

Der 3D‑Drucksektor hat in den letzten zehn Jahren ein explosives Wachstum in allen Kennzahlen verzeichnet, einschließlich Nutzer, Technologie, Materialwissenschaft und Verfahren. Die beliebtesten Formen des 3D‑Drucks basieren nach wie vor auf Hitze und Lasern, um das Material in die gewünschte Form zu bringen. Obwohl diese Strategie sich als wirksam erwiesen hat, lässt sie für die Nutzer noch viel zu wünschen übrig.

Direktes Schall‑Drucken (DSP)

Im Jahr 2022 wurde ein Verfahren zum 3D‑Druck mit Schallwellen auf den Markt gebracht. Diese Strategie nutzt Schallwellen, um das Druckmaterial in die gewünschte Form zu härten. Schallwellen erzeugen Kavitation, die auftritt, sobald der statische Druck unter den Dampfdruck einer Flüssigkeit fällt. Dieser Zustand erzeugt Millisekunden hohen Drucks und Hitze. Diese Hitze wird verwendet, um 3D‑gedruckte Materialien schnell zu härten.

Holographisches Direkt‑Schall‑Drucken (HDSP)

Forscher schlugen in einem kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Artikel eine Weiterentwicklung der aktuellen DSP‑Methode vor, die Holographisches Direkt‑Schall‑Drucken (HDSP) genannt wird. Dieser neue Ansatz nutzt akustische Hologramme, um den Prozess zu verbessern. Das Hologramm verwendet speziell gemusterte akustische Wellen, die an bestimmten Stellen Kavitationblasen erzeugen.

Quelle – Concordia Holographischer 3D‑Druck

Die chemisch aktivierten akustischen Kavitationblasen ermöglichen eine Echtzeit‑On‑Demand‑Regionenpolymerisation, wodurch Forscher mit Schall effektiver und detailreicher drucken können. Laut der Studie erlaubt der Druckprozess Ingenieuren, Querschnittsbilder der gewünschten Drucke zu untersuchen und zu speichern, was die Designfähigkeiten verbessert und Forschern ermöglicht, die innere Struktur zu optimieren.

HDSP‑Drucker

Der HDSP‑Drucker ist so konzipiert, dass er im Gegensatz zu vielen Vorgängern umgekehrt funktioniert. Anstatt dass sich der Druckarm bewegt, bewegt eine motorisierte Plattform das Material innerhalb des stationären holographischen Bildes. Das System nutzt vorprogrammierte Muster, die auf fortschrittlichen Algorithmen basieren, um den Roboterarm um das holographische Bild zu steuern, wodurch die sonochemischen Reaktionen stattfinden und der Druck gehärtet wird.

Holographischer 3D‑Druck‑Test

Das Forschungspapier erörtert die Testmethoden, die zur Qualifizierung des neuen additiven Fertigungsverfahrens verwendet wurden. Die Forscher führten eine Reihe von Sono‑Chemilumineszenz‑ und Hochgeschwindigkeits‑Imaging‑Experimenten durch, um die Fähigkeiten und die Leistung des HDSP zu beurteilen. Insbesondere wurden wichtige Details verfolgt, darunter ein detaillierter Bericht über den Polymerisationsprozess, Abstimmungseffekte, Roboterbewegungen und Softwareberechnungen.

Ergebnisse des holographischen 3D‑Drucks

Die Ergebnisse der Studie sind bahnbrechend. Zum einen bemerkten die Forscher, dass eine direkte Korrelation zwischen Vorschubgeschwindigkeit und ihrer Fähigkeit besteht, komplexe Drucke zu verändern. Daher integrierte das Team fortschrittliche Software‑Algorithmen, um Parameter basierend auf den Anforderungen jedes Drucks zu optimieren. Dieser Ansatz führte zu hochpräzisen gedruckten Strukturen, die frühere Designs übertreffen konnten.

Das Team untersuchte anschließend die Fähigkeit des HDSP, verschiedene Materialien zu drucken. Sie testeten zudem die Auswirkungen der Hologramme auf den Prozess bei unterschiedlichen Intensitätsstufen, Designs und Platzierungen. Abschließend analysierten sie, wie verschiedene Strukturen, wie Porosität und Materialien, den Abstimmungsprozess beeinflussen.

Fernentferntes Drucken (RDP)

Der wichtigste Durchbruch dieser Forschung dreht sich um das Fern‑Drucken. Die Ingenieure stellten fest, dass sie mit dem HDSP Objekte hinter Wänden und anderen Strukturen drucken können. Diese Methode des internen Drucks könnte eine Zukunft ermöglichen, in der Autoteile vor Ort gedruckt statt nachträglich installiert werden. Noch beeindruckender ist, dass dieselbe Strategie verwendet werden könnte, um Organe zu drucken oder innere Schäden nicht invasiv zu reparieren.

Vorteile des holographischen 3D‑Drucks

Die Forscher präsentierten ein überzeugendes Argument, warum HDSP DSP in nahezu jeder Kategorie übertrifft. Zum einen ist es viel schneller als die ursprüngliche DSP‑Methode, die auf einer Voxel‑für‑Voxel‑Druckstrategie beschränkt war. HDSP ermöglicht, dass mehrere Bereiche gleichzeitig gehärtet werden. Das Ergebnis ist, dass Sie mit DHSP‑Methoden bis zu 20‑mal schneller drucken können.

Änderungen vornehmen

Ein weiterer Vorteil, den HDSP einführt, ist die Möglichkeit, Bilder während des Druckvorgangs zu verändern. Bei einer herkömmlichen 3D‑Druckmethode wird jede Schicht aufgetragen und gehärtet, sodass keine Änderungen möglich sind, wenn das Bauteil bereits hinzugefügt wurde. HDSP‑Nutzer können das Hologramm anpassen, wodurch der Druck automatisch mit minimalem Aufwand geändert wird. Dadurch entsteht weniger Abfall, da dieser Ansatz Druckfehler reduziert.

Komplexe Designs mit holographischem 3D‑Druck drucken

HDSP eröffnet ein neues Maß an Komplexität im Markt. Dieser Drucker kann mit Hilfe von Schallwellen komplexe Designs mit inneren Strukturen erzeugen, wodurch Ingenieure effektivere, leichtere Optionen entwickeln können, ohne Leistung und Haltbarkeit zu opfern.

Mehrfachdruck

Ein weiterer bahnbrechender Vorteil des HDSP ist die Möglichkeit, Objekte gleichzeitig zu erstellen. Das System ermöglicht es, den Aufwand zu maximieren, indem mehrere Drucke in einer einzigen Sitzung kombiniert werden. Das System kann verschiedene Drucke an unterschiedlichen Stellen verarbeiten, wodurch der Druckraum optimal genutzt und die Druckzeiten verkürzt werden.

Holographischer 3D‑Druck bietet Flexibilität

Das HDSP‑Gerät ist ein vielseitiges Gerät, das ein neues Maß an Flexibilität auf den Markt gebracht hat. Nutzer können Druckmaterialien ändern, komplexe Formen erstellen und mit dieser Methode über undurchsichtige Oberflächen drucken. Diese zusätzliche Flexibilität wird zu weiterer Innovation und Zusammenarbeit über Branchen hinweg führen.

Fast unerreichbare Orte

Ein weiterer großer Vorteil, den HDSP bietet, ist die Fähigkeit, an fast unerreichbaren Stellen zu drucken. Stellen Sie sich vor, Sie parken Ihr Auto und ein Reparatur‑Drohne meldet, dass sie Ihnen einen neuen Lüfter drucken wird, weil der alte defekt ist. Statt die Motorhaube zu öffnen, wird ein holographisches Bild verwendet, um Ihren neuen Lüfter vor Ort zu drucken – eine Installation ist nicht erforderlich.

Potenzielle Anwendungen des holographischen 3D‑Drucks

Es gibt mehrere potenzielle Anwendungsfälle für die HDSP‑Technologie, die in den kommenden Jahren einen dringend benötigten Schub an Fähigkeiten in verschiedenen Märkten bieten könnte. Hier sind die wichtigsten potenziellen Anwendungsfälle für HDSPs.

Gesundheitswesen

Der Einsatz von HDSP im medizinischen und biomedizinischen Bereich wird dazu beitragen, Kosten zu senken, die Patientensicherheit zu verbessern und den Zugang zu mehr Regionen der Welt zu erweitern. HDSP‑Systeme können komplexe Gewebestrukturen, Wirkstoffabgabesysteme und sogar Hauttransplantate drucken. All diese Optionen erhöhen die Überlebensrate gegenüber ihren Vorgängern und können intern gedruckt werden, wodurch invasive Operationen überflüssig werden.

Forscher

Forscher der Abteilung für Maschinenbau, Industrie‑ und Luftfahrttechnik der Concordia führten die Forschung und Tests des HDSP‑Verfahrens durch. Konkret leitete ein Professor namens Muthukumaran Packirisamy das Team. Die Finanzierung des Projekts stammt aus Fördermitteln, die von FQRNT (Fonds de Recherche du Québec, Kanada), NSERC Discovery of R.B. und dem Concordia Research Chair bereitgestellt wurden.

Unternehmen, die im 3D‑Drucksektor für Aufsehen sorgen

Der 3D‑Druckmarkt bietet heute mehr Optionen, Materialien und Geräte als je zuvor. Sie können heute alles im 3D‑Druck erhalten, von einem kleinen Kunststoffteil bis hin zu einem ganzen Haus und allem dazwischen. Diese fortschrittlichen Druckverfahren öffnen die Tür für mehr Innovation und treiben die Grenzen der Technologie voran.

Nano Dimension Ltd.

Nano Dimension Ltd (NNDM ) trat 2022 in den Markt ein und hat schnell einen festen Platz im Bereich des elektronischen 3D‑Drucks erobert. Das Unternehmen ist vor allem für seine DragonFly‑Drucker bekannt. Diese winzigen Geräte ermöglichen es Forschern, kundenspezifische Leiterplatten für nanoskalige Projekte zu drucken.

NNDM Preisdiagramm

Bemerkenswert hat das Unternehmen kürzlich seinen Dragonfly‑4‑Drucker auf den Markt gebracht, der seine Leistung verbessert hat. Zusätzlich bietet das Unternehmen jetzt eine Laser‑Direct‑Metal‑Drucklösung an. All diese Faktoren machen Nano Dimension Ltd zu einer klugen Ergänzung für jedes Portfolio, das in den nanoskaligen Druckmarkt einsteigen möchte.

Holographischer 3D‑Druck – Drucken hinter Ihrer Haut

Die Vorstellung, dass Ihre Organe mit Hilfe von Schallwellen im Körper gedruckt oder repariert werden, klingt wie aus einem futuristischen Sci‑Fi‑Thriller. Diese Studie macht diese scheinbar unmögliche Aufgabe jedoch zur Realität. Kombiniert man die vollen Fähigkeiten und die verbesserte Leistung des HDSP, wird schnell klar, dass dieser Drucker in Zukunft für Aufsehen sorgen wird.

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