Meerdere oppervlaktestructuren en kleurovergangen 3D-printen zonder materiaal wisselen

Een nieuwe 3D-printtechniek maakt het mogelijk oppervlaktestructuren en kleurovergangen met een hoge resolutie te printen. Hierbij hoeft slechts één materiaal gebruikt te worden.

De techniek is ontwikkeld door onderzoekers van de TU Delft van MIT. Het gaat om Speed-Modulated Ironing. De techniek maakt gebruik van twee spuitmonden: één spuitmond voor het 3D-printen en een tweede spuitmond voor het herverwarmen van het geprinte materiaal met verschillende snelheden. Dit maakt het mogelijk de kleur en textuur van temperatuurgevoelige materialen tot in detail te bepalen.

Meerdere kleuren of eigenschappen

3D-printen kent steeds meer toepassingen. Voor het printen van objecten met meerdere kleuren of eigenschappen, is het nu vaak nog het gebruik van verschillende materialen noodzakelijk. Dit beperkt de mogelijkheid vloeiende overgangen en fijne gradiënten in geprinte objecten te creëren.

Een belangrijke uitdaging voor onderzoekers is daarom al langer het printen van 3D-printen met meerdere eigenschappen in één print en met één materiaal. Speed-Modulated Ironing biedt deze mogelijkheid. De techniek maakt gebruik van de temperatuurgevoeligheid van filamenten zoals Woodfill, Corkfill en schuimfilamenten.

Twee spuitmonden

Speed-Modulated Ironing maakt gebruik van een 3D-printen met een tweetal spuitmonden. Een spuitmond brengt het materiaal aan, twerijl een tweede spuitmond – die leeg is – over de geprinte laag beweegt en deze ‘strijkt’. De tweede spuitmond hanteert hierbij een constante temperatuur, maar beweegt met verschillende snelheden.

Het materiaal strijken met lagere temperaturen activeert het materiaal meer, terwijl sneller strijken het materiaal juist minder activeert. Dit maakt het mogelijk het uiterlijk van de print te beïnvloeden. Denk daarbij aan kleurschakeringen, doorschijnendheid en gevoelsmatige texturen.

“Toen we temperatuurwisselingen onderzochten, realiseerden we ons dat het variëren van de snelheid van een spuitmond veel nauwkeuriger en directer is dan het veranderen van de temperatuur van de spuitmond”, zegt hoofdonderzoeker Mehmet Ozdemir. Marwa AlAlawi, promovendus bij MIT, voegt toe: “Dit is de sleutel voor onze fijnmazige controle op de aangebrachte warmte.” Elk materiaal reageert echter anders op het strijken. Daarom stelden de onderzoekers een theoretisch model op om de verwachte activering van het materiaal te voorspellen. “Ons model was essentieel om de werking van Speed-Modulated Ironing te begrijpen en om het proces te finetunen.”

Ontwerptool

Een ontwerptool is door de onderzoekers ontwikkeld die de Speed-Modulated Ironing workflow samenbrengt. In deze tool kunnen gebruikers specifieke visuele en gevoelseigenschappen toewijzen aan 3D-modellen, en de bestanden versturen naar de 3D-printer. De ontwerptool is open source. Doga Dogan van MIT licht toe: “Door de ontwerptool open source te maken, willen we de 3D-print- en makersgemeenschappen de mogelijkheid geven om met deze methode te experimenteren en verder te ontwikkelen.”

Speed-Modulated Ironing maakt het mogelijk 3D-printe onderdelen te voorzien van kenmerken als tekst, afbeeldingen, logo’s en QR-codes, zonder van materiaal te hoeven wisselen. “Dit is een interessante nieuwe manier om texturen in 3D prints te creëren, die de mogelijkheden van FDM printen verder verbreedt”, meldt Paul Kuiper van Ultimaker. Het 3D printbedrijf ondersteunde het project.

Minder materiaalgebruik

Zjenja Doubrovski, assistent-professor aan de TU Delft: “Wij geloven dat deze techniek een belangrijke stap is in de richting van minder materiaalgebruik en meer veelzijdige en expressieve printresultaten. We zijn benieuwd hoe deze technologie kan leiden tot nieuwe innovaties op het gebied van 3D-printen.”

Het onderzoek is afgelopen week gepresenteerd op het ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST). Meer informatie is hier beschikbaar.

Auteur: Wouter Hoeffnagel