Nieuw productiesysteem 3D-print objecten in ondoorzichtige hars

Een nieuwe additief productiesysteem kan objecten in 3D printen in ondoorzichtig hars, iets wat tot nu toe onmogelijk was. De methode is daarnaast razendsnel en kan in slechts enkele seconden een object produceren.

De printmethode is ontwikkeld door onderzoekers van het Laboratory of Applied Photonic Devices (LAPD) van de Zwitserse Technische Hogeschool van Lausanne (EPFL). 3D-printers kunnen van diverse printtechnieken gebruikmaken. De bekendste techniek waarvan 3D-printers gebruik maken is waarschijnlijk fused deposit modelling (FDM), waarbij een printer telkens een dunne laag materiaal print. Zo bouwt de printer laag voor laag een object op.

Printen in hars

De 3D-printer van EPFL maakt echter gebruik van hars, wat eveneens een bekend printmethode is. Gebruikers plaatsen het hars hierbij in een container en beschijnen het materiaal gericht met licht. Dit licht zorgt ervoor dat de hars uithardt en een object ontstaat.

Deze methode kent zijn beperkingen. Zo was printen in hars tot nu toe niet geschikt voor het printen van ondoorzichtig hars. Een nieuwe printmethode maakt dit nu toch mogelijk. “We gieten de hars in een container en draaien deze”, legt Christophe Moser, hoogleraar bij LAPD, toe. “Vervolgens schijnen we licht op de container onder verschillende hoeken. De hars hardt hierdoor uit waar de verzamelde energie in de hars een bepaalde niveau overstijgt. Het is een zeer nauwkeurige methode en kan objecten produceren met dezelfde resolutie als bestaande 3D-printtechnieken.”

Model in slechts 20 seconden geprint

De methode wordt ook wel een ‘volumetrische methode’ genoemd. De printmethode is geschikt voor het printen van objecten van nagenoeg iedere vorm. De onderzoekers testten de printmethode door het 3D-printen van een klein model van Yoda, bekend uit Star Wars. Het model is in slechts 20 seconden geprint. Ter vergelijking: met conventionele additieve productie had dit proces ongeveer tien minuten in beslag genomen.

“Onze methode werkt alleen indien het licht in een rechte lijn door de hars gaat, zonder dat het hierbij verstoord raakt”, aldus Antoine Boniface, postdoc bij LAPD. “Tot nu toe gebruikten we altijd transparante hars. We wilden echter zien of we objecten konden printen in het soort ondoorzichtige hars dat gebruikt wordt in de biofarmacie.”

Baan van het licht vervormt

Het licht moet de hars kunnen bereiken voor het uitharden hiervan. Het licht kan normaliter echter niet goed doordringen in het ondoorzichtige hars. Vooral doordat de baan van het licht vervormd.. De benodigde energie in de hars overstijgt hierdoor lastig de grenswaarden die nodig is voor het uitharden van het materiaal. “We hebben daarom geprobeerd tot een oplossing te komen die ons objecten in deze hars laat fabriceren, zonder het verliezen van de voordelen van onze 3D-printer.”

De printmethode is een doorontwikkeling van een 3D-printer die de onderzoekers in 2017 ontwierpen. Het gaat hierbij om een printer die in zeer korte tijd objecten kan 3D-printen. De onderzoekers noemen de oplossing die zij hebben gevonden relatief eenvoudig. Een videocamera is ingezet voor het observeren van de baan waarmee het licht door de hars reist. Hierbij zijn computerberekeningen losgelaten. Zo weten de onderzoekers hoe zij de verstoringen in de baan van het licht kunnen compenseren.

Door het optimaliseren van deze berekeningen konden de onderzoekers zeer nauwkeurige objecten van ondoorzichtig hars printen. De nauwkeurigheid is hierbij nagenoeg gelijk aan prints in transparante hars.

‘Belangrijke doorbraak’

De onderzoekers spreken van een belangrijke doorbraak. Zij voorzien diverse toepassingen. Denk hierbij aan het printen van biologische materialen, zoals kunstmatige bloedvaten. De onderzoekers hopen in de toekomst meerdere materialen gelijktijdig te printen. Ook willen zij de resolutie van hun printers vergroten van een tiende van een millimeter tot een micrometer.

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Foto: © Alain Herzog 2022 EPFL