Flüssig gedruckte 4D-Strukturen imitieren lebende Organismen

Bevor die PolyJet™-Technologie von Stratasys im Jahr 2004 auf den Markt kam, waren Design- und Prototyping-Prozesse langwierig und mühsam. Seitdem ermöglichen die PolyJet-Druckfunktionen die schnelle und einfache Erstellung hochdetaillierter, vollfarbiger 3D-Druckprototypen und die Erstellung von flüssig gedruckten 4D-Strukturen.

Die anschließende Einführung des PolyJet-Forschungspakets von Stratasys war für Ross Stevens, Dozent für Industriedesign und Mitbegründer von MADE (Multi-property Additive-manufacturing Design Experiments) an der Victoria University of Wellington in Neuseeland, ein entscheidender Wendepunkt.

MADE lehrt den Einsatz des 3D-Drucks und bietet Studenten die Möglichkeit, sich mit der additiven Fertigung sowie ihrem Potenzial, die Art und Weise, wie Produkte entworfen und hergestellt werden, zu verändern, vertraut zu machen. Das Programm ermöglicht es den Studierenden, praktische Erfahrungen mit 3D-Druckern zu sammeln und sich über Fortschritte in additiven Fertigungstechnologien zu informieren. So können die Studierenden die Fähigkeiten und das Wissen für eine Zukunft an der Spitze dieser aufregenden Branche erwerben.

Ross Stevens verwendet seit vielen Jahren 3D-Drucker von Stratasys für seine Forschungen im Bereich neuer digitaler Technologien. Insbesondere den 3D-Druck und zwar schon vor der Einführung der PolyJet-Technologie. „PolyJet ermöglicht die Herstellung von Objekten auf einer Voxel-Skala“, sagt Ross. „Sie können ein unglaubliches digitales Bild haben, doch wenn Sie es für den Druck extrahieren, sind die meisten anderen Technologien unzureichend. Sie können zwar die Form wiedergeben, aber nicht alle Farben und die Transluzenz. Und Bewegung ist nur mit PolyJet möglich, das im Grunde jedes kleinste Detail aus dem Computer extrahiert. Das PolyJet-Forschungspaket hat die zusätzlichen Fähigkeiten hinzugefügt, die wir brauchen, um buchstäblich in eine vierte Dimension vorzudringen.“

Fortschrittliches Software-Tool

Das Stratasys PolyJet Research Package ist ein fortschrittliches Software-Tool. Es bietet unendliche Flexibilität beim Drucken von Prototypen und ermöglicht ein nie zuvor erreichtes Maß an Genauigkeit. Mit einem fortschrittlichen Satz an Werkzeugen können Forscher Prototypen mit noch nie dagewesenen Eigenschaften und Funktionalitäten erstellen. Eine dieser beeindruckenden Funktionen ist Liquid Print, die den Druck von flüssigen Materialien in Weichteilen, Hydraulik- und Fluidikmodellen ermöglicht. So können Projektforscher lebensechte Prototypen von lebenden Organismen und flüssig gedruckte 4D-Strukturen erstellen.

Das PolyJet-Forschungspaket von Stratasys war die Grundlage für die von Ross Stevens und Nicole Hone durchgeführte Flüssigdruck-Forschung namens Polyphytes. Die Polyphytes nutzen den Flüssigdruck, um Flüssigkeitsmodelle zu erstellen, die wie die Gefäßsysteme von Pflanzen funktionieren. „Das Projekt demonstriert die dynamischen Qualitäten des 4D-Drucks. Und zwar indem es 3D-Drucke erstellt, die funktionieren und ihre Ästhetik verändern können, wenn verschiedene Medien durch ihre inneren Kanäle fließen: Wasser, Luft, Rauch, Puderzucker, Seifenblasenmischung und Seife“.

Nicole erklärt: „Die Designs werden prozedural modelliert, um komplizierte, organische Texturen und Farben zu erzeugen. Dabei wird die Fähigkeit der Stratasys J850 genutzt, hochauflösend im mikroskopischen Maßstab zu drucken. Die physikalischen Effekte, die im Film zu sehen sind, erinnern an die Schönheit der natürlichen Bestäubung und den Transport von Nährstoffen in der Pflanzenwelt.“

Filigrane, lebendige Ergebnisse

Die Polyphyten wurden mit großer Raffinesse und Präzision entworfen. Dabei wurden interne Kanäle mit kleinen Durchmessern verwendet, um verblüffende Effekte zu erzielen. Der Stratasys J850 Prime 3D-Drucker erweckte diese Visionen in einem vollfarbigen, starren Photopolymerharz mit unterschiedlichen Opazitätsgraden zum Leben, um maximale Wirkung zu erzielen. Die PolyJet-Flüssigkeit dient als Trägermaterial in den inneren Kanälen. Sie füllt die Hohlräume vorübergehend aus, bis sie bei der Nachbearbeitung abgelassen wird. Auf diese Weise werden die Kanäle nahtlos frei fließend und sorgen für lebendige Ergebnisse.

„Bei unserem vorherigen Hydrophyten-Projekt mussten wir, bevor das Forschungspaket verfügbar war, Stunden damit verbringen, das Trägermaterial manuell aus den Kanälen zu entfernen. Fast immer waren wir nicht in der Lage, es vollständig zu entfernen.“ Nicole erklärt: „Mit dem Forschungspaket kann ich mit harten Materialien drucken und habe trotzdem klare Kanäle im Inneren. Ich denke, die J850 Prime ist wirklich cool. Wir haben endlich ein Stadium erreicht, in dem man Farbe und Flexibilität gleichzeitig haben kann.“

Unser Fazit: Die PolyJet-Technologie von Stratasys eröffnet Möglichkeiten, die mit keinem anderen 3D-Druck-Verfahren möglich sind. Und es ist ein zukunftssicheres Verfahren, für das ständig neue Möglichkeiten entwickelt werden.