Med en videnskabelig artikel som opskrift har to studerende bygget en printer, der kan printe 3D elementer på minutter i stedet for timer.
Amerikanske forskere har for et par år siden udviklet en ny 3D-printmetode kaldet Volumetric Additive Manufacturing. Den opbygger ikke de printede elementer ved at tilføre lag på lag som i traditionel 3D-print teknologi, men anvender i stedet en UV-sensitiv fotopolymerblanding til at danne geometrierne i hele deres volumen på samme tid.
Blandingen bliver anbragt i en roterende cylinder, som herefter bliver bestrålet med varierende mængder UV-lys af en projektor, alt efter hvilken ønsket geometri, der skal fremstilles. Efter bestrålingen hærder polymerblandingen til den ønskede geometri, ligesom vi kender det fra en fyldning hos tandlægen.
Den nye metode er betydeligt hurtigere end traditionelle 3D printprocesser og det har vakt interesse hos forskere på DTU Mekanik. De vil i et nyt stort projekt undersøge metoden og dens potentiale nærmere. I den forbindelse har de haft brug for at få bygget en forsøgsprinter som den, forskere fra University of California, Berkely, anvendte og beskrev i det videnskabelige tidsskrift Science.
Spændende bachelorprojekt
Beskrivelserne i den videnskabelige artikel var dog meget komplekse, så det krævede både akademisk indsigt og gode tekniske kompetencer at løse opgaven. Derfor blev to entusiastiske og dygtige studerende spurgt, om det var noget for dem.
"Det var en spændende opgave, og det viser hvor meget man som studerende på DTU kan få lov til, hvis man er lidt opsøgende og har lyst. Vi byggede printeren i løbet af vores bachelorprojekt, der strakte sig over et halvt år fra januar til juni. Det var et stort arbejde, men vi nåede heldigvis at blive færdige med 3D printeren og teste den inden vores eksamen."
Studerende Carl Sander Kruse
”Det var en spændende opgave, og det viser hvor meget man som studerende på DTU kan få lov til, hvis man er lidt opsøgende og har lyst. Vi byggede printeren i løbet af vores bachelorprojekt, der strakte sig over et halvt år fra januar til juni. Det var et stort arbejde, men vi nåede heldigvis at blive færdige med 3D printeren og teste den inden vores eksamen,” fortæller Carl Sander Kruse, der sammen med Daniel Helmuth Meile har bygget printeren.
”Vi startede med at bestille de elektroniske komponenter, som skulle indgå i printeren. Nogle af dem var standardvarer, andre blev specialfremstillet, bl.a. glasset til den roterende cylinder, der er håndlavet for at minimere forvrængning, når UV-lyset skal trænge igennem for at hærde fotopolymeren i den ønskede form,” siger Daniel Helmuth Meile.
Solid konstruktion sikrer reproduktion
Den nye 3D-printer er opbygget i moduler, så det er muligt at videreudvikle den. Samtidig har det været væsentligt at få de enkelte elementer i printeren til at sidde meget nøjagtigt i forhold til hinanden, så alle forsøg kan genskabes og gentages fuldstændig på samme måde. Derfor er cylinderen eksempelvis låst fast i en solid aluminiumskonstruktion, så den altid sidder korrekt.
Printeren betjenes via et computerprogram, der styrer både printerens bevægelser og mængden af det UV-lys, cylinderen bestråles med for at hærde fotopolymerblandingen til den ønskede geometri.
”Det er eksempelvis lykkedes os at 3D-printe en torus - en donutformet figur, der bliver skabt, når cylinderen belyses forskelligt med UV-lyset under rotationen,” siger Carl Sander Kruse.
Større geometrisk præcision?
Den nye metode er langt hurtigere end den traditionelle 3D printmetode. Spørgsmålet er dog, om den kan levere den samme eller måske endda højere geometrisk præcision af de printede elementer. Det skal det nye forskningsprojekt undersøge. Fysikken bag den nye printmetode skal beskrives, og forskerne vil udvikle en digital tvilling, der skal hjælpe til at klarlægge metodens potentiale.
”I den sammenhæng er vi meget begejstrede for, at de studerende er lykkedes med at bygge printeren, da den kommer til at udgøre testplatformen for vores forskning. Næste skridt bliver bl.a. at finde ud af, om det er muligt med den nye metode ikke kun at printe symmetriske elementer som en torus, men også ikke-aksesymmetriske elementer” siger lektor Jon Spangenberg, DTU Mekanik, der har været vejleder for de studerende.
Specialkursus på kandidatuddannelsen
Efter bachelorprojektet blev Carl Sander Kruse og Daniel Helmuth Meile tilbudt at arbejde videre på projektet i form af et specialkursus i løbet af deres første semester på kandidatuddannelsen Konstruktion & Mekanik, hvor yderligere forsøg skulle udføres. I specialkurset blev der eksperimenteret med at benytte mindre cylindre til fotopolymerblandingen for derved at reducere printtiden yderligere, og derudover blev computerprogrammet der styrer printeren optimeret.
Dette resulterede i mere præcise symmetriske geometrier, og printeren viste tilmed også potentiale hvad angår ikke-aksesymmetriske geometrier. Næste skridt er nu at søge om yderligere midler til projektet i samarbejde med DTU Skylab, så der kan foretages flere forbedringer og yderligere forsøg, i håb om at kunne printe asymmetriske geometrier i den nære fremtid.