Supersnel 3D-printing alternatief maakt complete 3D-objecten binnen seconden

3D-printing geeft ingenieurs de mogelijkheid om ingewikkelde structuren op maat te maken, iets wat onmogelijk was met traditionele fabricagemethoden. Maar de laag-voor-laagbenadering kan traag zijn en beperkt de mogelijkheden qua vormen die gemaakt kunnen worden. Een nieuwe techniek kan hele 3D-vormen supersnel fabriceren in slechts seconden, dankzij het gebruik van holografische lichtvelden.

De techniek, die is ontwikkeld door onderzoekers aan het Lawrence Livermore National Laboratory, gebruikt speciale harsen die stollen wanneer ze aan licht worden blootgesteld. Door drie laserstralen te laten schijnen door een vat dat vol zit met de hars wordt een 3D-lichtpatroon gemaakt. Hiermee worden vervolgens 3D-structuren in slechts tien secondes gefabriceerd.

De meeste 3D-printbenaderingen bouwen structuren laag voor laag op door individuele stipjes materiaal, gesmolten filament of hele lagen per keer neer te leggen. Dit betekent in feite dat de 3D-structuren niets anders zijn dan stapeltjes 2D-lagen.

Hierdoor is het ook onmogelijk om bepaalde structuren te bouwen zonder support, want het bouwen van beneden naar boven maakt het moeilijk om substructuren te maken die van bovenlagen af omlaag hangen. Als je de hele structuur in één keer kan bouwen, neem je die beperkingen weg en gaat de snelheid drastisch omhoog.

Het systeem werkt als volgt: een 3D-holografische afbeelding wordt in drie delen gesplitst. Die worden vervolgens in de harstank geprojecteerd door drie gescheiden laserstralen die door de voorkant, onderkant en zijkant heendringen. Waar ze overlappen, creëren ze een 3D-lichtveld. De hars die de onderzoekers gebruikten, is een photopolymeer die stolt zodra een lichtbron een bepaalde energiedrempel overschrijdt. Na een paar seconden blootstelling aan licht kan de harstank leeglopen en blijft de structuur achter.

Dat is toch echt tantoe kicken!? Je voelt gewoon dat dit de toekomst is. Je ziet het bij wijze van spreken al voor je, hoe straks allerlei objecten supersnel gematerialiseerd worden door met laserstralen in vloeistoffen te schijnen…

In de toekomst weliswaar, want voor nu zijn er nog beperkingen in wat er gemaakt kan worden, vooral qua grootte. De techniek kost nu te veel stroom om toe te passen op grote structuren.

De techniek zal in de toekomst mogelijk eveneens ingezet kunnen worden voor biomedische toepassingen, maar hiervoor zal vooruitgang geboekt moeten worden op het gebied van hardware, software en harsen.

De beperkingen aan de kant van de harsen zullen worden weggenomen door verder onderzoek door de groeiende experimentele materialencommunity. Wat betreft de hardware, het laserlicht, hopen de onderzoekers dat er later ook met LED-licht gewerkt kan worden, hetgeen veel goedkoper is dan lasers en ook veel minder energie kost.