3D-printen heeft al de naam om snel te zijn, maar Amerikaanse ingenieurs willen daar nog een schepje bovenop doen. Ze hebben een techniek bedacht waarbij een laser in één keer in een doorzichtige hars een driedimensionale vorm belicht, zodat het materiaal uithardt. Dit levert direct een 3D-voorwerp op, zonder laagjes op elkaar te hoeven printen.

De basis van deze techniek is een driedimensionaal beeld van het gewenste voorwerp; de onderzoekers noemen het zelf een hologram. Op basis van dit beeld richten ze vanuit drie verschillende richtingen drie krachtige lasers in een speciale vloeibare hars (het bouwmateriaal). Doordat de laser elkaar op bepaalde plekken overlappen, is de intensiteit daar maximaal, wat lokaal het uitharden van de hars in gang zet.

De lasers blijven 10 s aan, waarna de onderzoekers de overblijvende vloeistof laten weglopen. Wat overblijft is een hard voorwerp, dat als het ware een ‘afgietsel’ is van het digitale beeld waarmee de makers begonnen waren. Tot nu toe heeft het team met hun nieuwe techniek balken geprint, plaatjes, stutten onder verschillende hoeken, roosters en gekromde voorwerpen.
 

Principe van het nieuwe 3D-printproces. Een laserbundel gaat door een Fouriertransformatie (FTL) en vervolgens door een hologramplaat (HP), waarna het hologram-beeld in de hars terechtkomt. Deze werking geldt voor elk van de drie laserbundels, die waar ze elkaar overlappen de hars laten uitharden (zie rechtsboven).

 

Sneller maar beperkt

De nieuwe manier van 3D-printen is van zichzelf sneller dan de meeste andere 3D-printtechnieken, simpelweg omdat hij niet werkt op basis van het steeds opnieuw deponeren van een nieuw laagje (lees: 'Nieuwe 3D-printer is tien keer sneller'). Toch kent het ‘Volumetrische 3D-printen’ nog zo zijn beperkingen. Voorlopig is de resolutie nog beperkt en ook kun je niet alle mogelijke vormen met deze methode maken. Voor heel ingewikkelde structuren heb je steeds meer kruisende laserbundels nodig en daar zit een grens aan, aldus de onderzoekers in een persbericht van Lawrence Livermore National Laboratory.
 

Draaien aan de knoppen

Het werk van de Amerikanen is duidelijk een proof-of-principle. Om het proces in de praktijk te kunnen gebruiken, moeten ze nog aan heel wat knoppen draaien. Zo luistert het belichten met de laserbundels heel nauw. Als je de lasers te lang laat aanstaan, wordt alle vloeistof in de baan van het licht hard. Schijn je te kort, dan wordt er niets hard, uiteraard. ‘Hierin zit hem de ingenieurskant: uitvogelen hoe lang je lasers moet aanzetten, bij welke intensiteit, en hoe deze instellingen passen bij de chemische samenstelling van de hars’, aldus Chris Spadaccini van het Lawrence Livermore National Laboratory.
 

Voorbeelden van producten die de ingenieurs al hebben gemaakt met hun nieuwe printtechnologie.

 

Productiecapaciteit

De nieuwe maaktechnologie is verre van uitontwikkeld, maar de uitvinders denken dat het de 3D-printwereld een zetje in de rug kan geven. ‘De meeste bestaande technieken voor 3D-printen gaan uit van een een- of tweedimensionale manier van printen. Wij gaan voor het eerst naar drie dimensies en denken dat dit een enorme impact op de productiecapaciteit kan hebben’, aldus Spadaccini.

Het werk van de ingenieurs en chemici van Lawrence Livermore National Laboratory en collega’s van MIT, UC Berkeley en de University of Rochester is gepubliceerd in vakblad Science Advances.

Bekijk vooral ook even deze video:
 


Beeldmateriaal: Lawrence Livermore National Laboratory