Nieuwe 3D printtechniek van TU Delft en MIT

Onderzoekers van de TU Delft en MIT hebben een nieuwe 3D-printtechniek ontwikkeld, Speed-Modulated Ironing genaamd. Met deze techniek kunnen oppervlaktestructuren en kleurovergangen met hoge resolutie geprint worden met het gebruik van slechts één materiaal. Door één spuitmond te gebruiken om te 3D-printen en de tweede spuitmond om het geprinte materiaal opnieuw op te warmen met verschillende snelheden, regelt de techniek de kleur en textuur van temperatuurgevoelige materialen. Het onderzoek wordt gepresenteerd op het ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST).

Material extrusion 3D printing wordt voor steeds meer toepassingen gebruikt. Een belangrijk doel voor onderzoekers en makers op dit gebied is het printen van 3D-objecten met meerdere eigenschappen in één enkele print. De huidige methoden om prints met meerdere kleuren of eigenschappen te maken, vereisen vaak het gebruik van verschillende materialen, waardoor de mogelijkheid om vloeiende overgangen en fijne gradiënten in geprinte objecten aan te brengen beperkt is.

De Speed-Modulated Ironing-techniek is gebaseerd op een standaard printer met twee spuitmonden. Voor elke laag print de eerste spuitmond het materiaal. Dan, zonder materiaal te printen, scant de tweede spuitmond met verschillende snelheden over de geprinte laag om het materiaal te activeren.

Speed-Modulated Ironing neemt deze beperkingen weg door gebruik te maken van de temperatuurgevoeligheid van filamenten zoals Woodfill, Corkfill en schuimfilamenten. Deze nieuwe benadering maakt gebruik van een 3D-printer met twee spuitmonden, waarbij één spuitmond het materiaal aanbrengt en een tweede (lege) spuitmond over de geprinte laag beweegt en deze “strijkt” met een constante temperatuur, maar met verschillende snelheden. Strijken met lagere snelheden activeert het materiaal meer, terwijl sneller strijken het minder activeert. Dit principe maakt het mogelijk om de look van de print te beïnvloeden, denk aan kleurschakeringen, doorschijnendheid en gevoelsmatige texturen.

Snelheidsvariaties gebruiken

‘Toen we temperatuurwisselingen onderzochten, realiseerden we ons dat het variëren van de snelheid van een spuitmond veel nauwkeuriger en directer is dan het veranderen van de temperatuur van de spuitmond’, zegt hoofdonderzoeker Mehmet Ozdemir. “Dit is de sleutel voor onze fijnmazige controle op de aangebrachte warmte.” Elk materiaal reageert echter anders op het strijken. Daarom stelden de onderzoekers een theoretisch model op om de verwachte activering van het materiaal te voorspellen. “Ons model was essentieel om de werking van Speed-Modulated Ironing te begrijpen en om het proces te finetunen,” zegt Marwa AlAlawi, promovendus bij MIT.

Door de strijksnelheid te variëren, kan de warmte die in het materiaal wordt aangebracht nauwkeurig worden geregeld. Hierdoor kunnen visuele en gevoelseigenschappen van het geprinte object met hoge resolutie worden geprogrammeerd.

Voor degenen die deze technologie zelf willen ontdekken, hebben de onderzoekers een ontwerptool ontwikkeld die de Speed-Modulated Ironing workflow samenbrengt. Gebruikers kunnen specifieke visuele en gevoelseigenschappen toewijzen aan 3D-modellen en de bestanden verzenden maar de 3D printer. De onderzoekers hopen dat dit nog maar het begin is, zoals Doga Dogan (MIT) vertelt: “Door de ontwerptool open source te maken, willen we de 3D-print- en makersgemeenschappen de mogelijkheid geven om met deze methode te experimenteren en verder te ontwikkelen."

Speed-Modulated Ironing maakt een veelheid aan kleurschakeringen en gedetailleerde afbeeldingen op prints mogelijk.

Mogelijke toepassingen en toekomst

Speed-Modulated Ironing maakt het mogelijk om 3D-geprinte onderdelen te voorzien van kenmerken zoals tekst, afbeeldingen, logo's en QR-codes, allemaal met één enkel materiaal. Ook kunnen 3D-gescande objecten worden gereproduceerd met dezelfde lay-out. “Dit is een interessante nieuwe manier om texturen in 3D prints te creëren, die de mogelijkheden van FDM printen verder verbreedt”, zegt Paul Kuiper van Ultimaker, het 3D printbedrijf dat dit project heeft ondersteund.

Met het oog op de toekomst zegt Zjenja Doubrovski, assistent-professor aan de TU Delft: “Wij geloven dat deze techniek een belangrijke stap is in de richting van minder materiaalgebruik en meer veelzijdige en expressieve printresultaten. We zijn benieuwd hoe deze technologie kan leiden tot nieuwe innovaties op het gebied van 3D-printen.”

Controle van kleur en textuur op objecten biedt vele mogelijkheden, zoals QR-codes, logo's of tekst op prints en het reproduceren van 3D gescande objecten met textuur.