Lektion 8.10UrformenKapitel 8 · Additive Fertigung

Volumetrisches Drucken (CAL)

Licht aus allen Richtungen härtet ein rotierendes Harzfläschchen auf einmal aus (volumetrisches Drucken)

Das volumetrische Drucken fertigt ein ganzes Objekt auf einmal in einem Fläschchen mit flüssigem Harz, ganz ohne Schichten. Bei der computergestützten axialen Lithografie (CAL) dreht sich das Fläschchen, während ein Projektor wechselnde Lichtmuster hindurchstrahlt, wie ein umgekehrt ablaufender CT-Scan. Ein kleines Objekt kann in ein bis zwei Minuten entstehen.

computergestützte axiale Lithografie · Seiten- und Draufsicht, 5 SchritteLinks: der Aufbau von der Seite. Rechts: das Fläschchen von oben, mit drei der vielen Lichtrichtungen. Die eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten.

So funktioniert es

Die Muster berechnen. Eine Software wandelt das 3D-Modell in Hunderte 2D-Lichtbilder um, eines für jeden Blickwinkel, ähnlich wie ein CT-Scanner in umgekehrter Richtung arbeitet.
Das Fläschchen drehen. Ein klares Fläschchen mit zähflüssigem, lichtempfindlichem Harz dreht sich gleichmäßig auf einem Drehtisch.
Projizieren. Ein Projektor zeigt das Bild, das zum aktuellen Winkel des Fläschchens passt, sodass jeder Winkel sein eigenes Muster bekommt.
Die Dosis sich aufsummieren lassen. Jeder Punkt im Harz sammelt Licht aus jedem Winkel. Nur Punkte im Inneren des Objekts überschreiten die Schwelle (die minimale Lichtdosis, bei der Harz geliert) und werden fest.
Ablassen, spülen und aushärten. Nach etwa 30 Sekunden bis einigen Minuten wird das flüssige Harz abgegossen. Das Objekt wird gespült und bekommt eine abschließende UV-Härtung.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Klare, zähe Photopolymerharze (Acrylate), Hydrogele, die lebende Zellen tragen können, und Harze mit Glaspartikeln, die später zu Glas gebrannt werden
Typische Teile: Kleine Forschungsteile: Linsen und Optiken, mikrofluidische Glaschips, Gerüste für weiches Gewebe, um ein vorhandenes Einlegeteil herum gedruckte Objekte
Bauteilgröße: Einige Millimeter bis einige Zentimeter, begrenzt durch das Fläschchen
Präzision: Strukturen bis etwa 0,3 mm bei den ersten Druckern; Forschungssysteme erreichen einige zehn Mikrometer
Oberfläche: Sehr glatt, ohne Schichtlinien
Geeignete Losgröße: Einzelstücke und Forschungsproben
Werkzeug- und Maschinenkosten: Kein Werkzeug. Meist Laboraufbauten um einen Projektor und einen Drehtisch; es gibt bisher kaum kommerzielle Maschinen
Geschwindigkeit: Sekunden bis einige Minuten für ein zentimetergroßes Objekt

Stärken und Grenzen

Stärken

Keine Schichten: glatte Oberflächen und keine schwachen Schichtgrenzen
Sehr schnell bei kleinen Teilen
Keine Stützen, da das zähe Harz das Teil an Ort und Stelle hält
Kann um ein vorhandenes Objekt herum drucken, etwa einen Metallstab

Grenzen

Nur kleine Objekte, höchstens einige Zentimeter
Das Harz muss klar und zähflüssig sein, daher funktionieren nur wenige Materialien
Lichtstreuung und Dosisfehler verwischen feine Details
Noch überwiegend eine Forschungstechnik

Wo es eingesetzt wird

ForschungslaboreTesten neuer Harze, Optiken und Druckverfahren
BiomedizinWeiche Hydrogelgerüste mit lebenden Zellen für die Gewebeforschung
OptikKleine Linsen und Lichtleiter
MikrofluidikGlaschips mit winzigen Innenkanälen

So erkennen Sie es

Kleine, perfekt glatte Harzobjekte ohne Treppenstufen an Rundungen.
Nirgends Stützspuren, auch nicht unter Überhängen.
Manchmal ein Objekt, das um ein Einlegeteil herum verschmolzen ist, wie ein Griff, der auf eine Metallwelle gedruckt wurde.

Im Vergleich mit

Stereolithografie8.2härtet Harz ebenfalls mit Licht aus, aber jeweils eine dünne Schicht; CAL härtet das ganze Volumen auf einmal.Zwei-Photonen-Polymerisation13.8härtet ebenfalls in einem Volumen aus, aber Punkt für Punkt mit einem fokussierten Laser, im Mikrometermaßstab.

Ansehen

Seeker · Eine Erklärung des volumetrischen Druckers aus Berkeley für Einsteiger

The Action Lab · Eine praktische Vorführung, wie ein Objekt im Harz erscheint

KPIX | CBS NEWS BAY AREA · Echtes Labormaterial mit den Forschenden, die ihn gebaut haben

Berkeley Sensor & Actuator Center · Ein Forschungsvortrag über die Funktionsweise von CAL, einschließlich Drucken in Mikrogravitation

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Computergestützte axiale Lithografie — das Prinzip und seine Geschichte; wenige Bilder
Fotosuche auf Wikimedia Commons

Merken

Das volumetrische Drucken härtet ein ganzes Objekt auf einmal aus, ohne Schichten.
CAL dreht das Harz und beleuchtet es aus jeder Richtung; nur dort, wo sich genug Licht summiert, wird es fest.
Es ist schnell und glatt, aber noch kleinteilig und meist in Forschungslaboren.