3D-Druck zu einem Bruchteil der derzeitigen Kosten

Neue Technologie zum Patent angemeldet

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Publikationen und Studien
Additive Manufacturing
Ingenieure der Rutgers-Universität, New Jersey, haben einen kostensparenden Weg gefunden, um große und komplexe Teile additiv zu fertigen.

Gute Ideen scheinen simpel: Für den neue Ansatz, der als Multiplexed Fused Filament Fabrication (MF3) bezeichnet wird, arbeiteten die Forscher lediglich mit einer Gleitstruktur eines 3D-Druckers. Indem sie jedoch eine Reihe kleiner Düsen zum Auftragen des geschmolzenen Materials verwendeten – statt wie üblich eine einzige große Düse – konnte die Druckauflösung und -größe erhöht und die Druckzeit erheblich verkürzt werden. 

Die üblicherweise in der additiven Fertigung verwendeten Düsen haben einen relativ großen Durchmesser. Sie sind daher schneller als kleinere Düsen, erzeugen aber mehr Rillen und Konturen, die später geglättet werden müssen. Das verursacht erhebliche Nachbearbeitungskosten. Kleinere Düsen tragen das Material zwar mit höherer Auflösung auf, aber die derzeitigen Methoden sind zu langsam und daher nicht kosteneffizient. Die Forscher haben nun eine Lösung für diesen Kompromiss zwischen Durchsatz und Auflösung gefunden. 

"MF3 wird die Art und Weise, wie Thermoplastik gedruckt wird, verändern", sagte Jeremy Cleeman, Doktorand an der Rutgers School of Engineering und der Hauptautor der Studie. Das Team hat bereits ein US-Patent für die Erfindung angemeldet.

Kernstück der Forschungsarbeit ist ein Softwaretool, das als Slicer bezeichnet wird. Es handelt sich um ein Programm, mit dem ein Objekt in virtuelle "Scheiben" aufteilt wird. Die Forscher von Rutgers entwickelten eine Slicer-Software, die die Bewegung des Gantry-Systems und die Steuerung der Düsen optimiert. Dadurch können mit einem einzigen Drucker mehrere nicht zusammenhängende Teile unterschiedlicher Größe und Form gleichzeitig gedruckt werden.

Cleeman sieht in dieser Technologie zahlreiche Vorteile. Zum einen kann die in MF3 verwendete Hardware von der Stange gekauft werden und muss nicht angepasst werden. Da die Düsen unabhängig voneinander ein- und ausgeschaltet werden können, verfügt ein MF3-Drucker außerdem über eine eingebaute Ausfallsicherheit, die ihn weniger anfällig für kostspielige Standzeiten macht. Wenn beispielsweise bei einem konventionellen Drucker eine Düse ausfällt, muss der Druckvorgang unterbrochen werden. Beim MF3-Druck kann die Arbeit einer ausgefallenen Düse von einer anderen Düse am selben Arm übernommen werden.

Es sind noch weitere Tests nötig, um das Potenzial der hergestellten Teile in Bezug auf Festigkeit und geometrische Möglichkeiten zu untersuchen. Dennoch glauben die Forscher, dass ihre Entwicklung „ein Wendepunkt für die Industrie sein könnte", so Cleeman, der Hauptautor der Studie.

www.rutgers.edu

Die Arbeit wurde im Journal Additive Manufacturing veröffentlicht.

Mehr Informationen

Jeremy Cleeman et al, Scalable, flexible and resilient parallelization of fused filament fabrication: Breaking endemic tradeoffs in material extrusion additive manufacturing, Additive Manufacturing (2022). DOI: 10.1016/j.addma.2022.102926

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