Printen uit vloeistof

Vanuit vloeistof direct een complex product maken: de startup Carbon 3D introduceert de nieuwe productietechniek CLIP. Op een aantal punten is die beter dan 3D-printen.

CLIP staat voor Continuous Liquid Interface Production. Uit een bak met een lichtgevoelige hars wordt een voorwerp getrokken dat willekeurig welke vorm kan aannemen. Anders dan bij 3D-printen gebeurt de productie niet laag voor laag, maar continu. De materiaaleigenschappen van het voorwerp zijn daardoor beter dan bij 3D-printen, terwijl het produceren sneller gaat.

Het belichten van de hars gebeurt via de doorzichtige bodem van de bak. Schijnt daar het ultraviolette licht doorheen, dan gaat de hars polymeriseren. Zonder extra maatregelen zou het resultaat, wat voor afbeelding er ook met dat ultraviolette wordt gemaakt, door verstrooiing resulteren in een  vormloze klomp gestold materiaal. Zinloos dus.

De vinding die onderzoekers van de University of North Carolina en startup Carbon 3D bedachten is spelen met zuurstof. Is die in voldoende mate in de hars aanwezig, dan neemt die de energie van het ultraviolette foton op en gebeurt er niks met de hars. Chemiehoogleraar Joseph M. DeSimone, zijn collega Edward T. Samulski en CTO Alex Ermoshkin van Carbon 3D voeren nu via de doorlaatbare bodem zo veel zuurstof toe dat er een subtiel evenwicht ontstaat. Alleen op de plek waar het UV-licht is geprojecteerd treedt polymerisatie op.  Deze evenwichtszone boven de bodem van de bak is enkele tientallen micrometers dik.

Door de vorm van het geprojecteerde beeld precies synchroon met het naar boven halen van het gestolde object te laten verlopen, is elke willekeurige vorm te creëren: het lichtpatroon is steeds een van beneden naar boven bewegende dwarsdoorsnede van het te maken voorwerp.

De nauwkeurigheid waarmee CLIP een voorwerp kan maken hangt onder meer af van de snelheid waarmee het voorwerp uit de vloeistof wordt getrokken: hoe sneller, hoe minder nauwkeurig. In hun artikel in het tijdschrift Science noemen de drie onderzoekers een vormnauwkeurigheid van minder dan een tiende millimeter.

De techniek lijkt op zogeheten stereolithografie waarbij een laser op een lichtgevoelige hars schijnt en zo laag voor laag een voorwerp bouwt. CLIP is daarentegen een continue proces en slaat de stappen die nodig zijn bij laagsgewijze productie over.

Beschikbare lichtgevoelige harsen bepalen vooralsnog welk materiaal is te gebruiken. Daarbij geldt dat elke hars zijn eigen lichtgevoeligheid en viscositeit heeft, welke beide van invloed zijn op de fine-tuning van het continu printen.