Amerikaanse onderzoekers slagen erin om de science fiction beelden van Starship Enterprise naar de realiteit te vertalen. In de recente editie van Science presenteren ze Computed Axial Lithography, een nieuwe 3D printtechnologie. Ze projecteren beelden van een 3D model op een siroopachtig hars. In enkele minuten bouwen ze een complex polymeer object op, zonder laagsgewijs te printen.

Computed Axial Lithography (CAL) is volgens de onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory en de universiteit van Berkeley een veel snellere 3D printtechnologie dan bestaande technieken die lichtgevoelig materiaal gebruiken. “Deze methode is krachtiger omdat we complexe structuren op een ‘laagloze’ manier printen, waarbij we standaard projectietechnologie gebruiken”, legt Chris Spadaccini uit. Hij werkt als directeur van het Center for Engineered Materials and Manufacturing van het LLNC en is co-auteur van de publicatie in Science. De onderzoekers hebben de 3D printer al de bijnaam Replicator gegeven.

Amerikaanse onderzoekers ontwikkelen 3D printtechnologie die vele malen sneller is en zonder support print

Zo compact is de CAL 3D printer die de Amerikaanse onderzoekers hebben ontwikkeld.

Standaard projector belicht hars met 1440 beelden in een keer

De techniek achter Computed Axial Lithography werkt zo. Een projector projecteert 1440 verschillende beelden op de vloeistof die ronddraait. Zo bouw je in korte tijd volumetrisch het product op. De projector maakt het gemakkelijker om het proces aan te sturen en de opbouw te controleren dan andere volumetrische printtechnieken, die lasers gebruiken. De moeilijkheid van lasers is namelijk dat deze uitgelijnd moeten worden. Bij CAL stuurt de projector vier laserstralen op het hars af, een voor elke vrijheidsgraad. De onderzoekers zeggen dat je de belichting eigenlijk moet zien als een CT-scan, maar dan omgekeerd. Bij computer tomografie worden heel veel enkele beelden gecombineerd tot een 3D model. Bij CAL wordt zo’n 3D model juist ontleed in losse projecties.

Veel sneller dan bestaande printtechnieken

De Amerikaanse onderzoekers zijn optimistisch over de mogelijke toepassingen van deze 3D printtechnologie. De technologie is goedkoper omdat men een standaard projector gebruikt. Daarnaast kan het aantal vrijheidsgraden uitgebreid worden. “Volumetrisch multibeam printen zorgt ervoor dat we onderdelen nog sneller maken”, zegt Hayden Taylor, professor aan de UC Berkeley. In enkele minuten printen ze nu al complexe delen. De techniek is schaalbaar. Bovendien is de hardware voor CAL niet complex en duur. De kennis zit vooral in de software en de wiskundige modellen. Taylor gelooft dat CAL mass customization nog dichterbij brengt.

3D printen zonder support

Bijzonder aan Computed Axial Lithography is dat ongeacht de geometrie er geen supportstructuren nodig zijn. “Het feit dat het object in het volume van het niet uitgeharde materiaal groeit en wordt ondersteund door de drijfkracht van de omringende vloeistof, maakt voor het eerst echt supportvrij 3D printen mogelijk,” zegt Hossein Heidari (UC Berkeley). “Naast alle andere voordelen die dit met zich meebrengt, kunnen we nu uiterst delicate microstructuren printen in zachte materialen die net zo vervormbaar zijn als de gelei die we eten.” Dat opent mogelijke toepassingen in bioprinten. Ook wordt het materiaal bijna volledig gebruikt; het niet-uitgeharde hars kan vrijwel volledig worden hergebruikt.

De installatie voor Computed Axial Lithography

Hier kun je de publicatie in Science lezen

Hier klikken