Veel 3D-printers werken via een systeem dat fotopolymerisatie wordt genoemd, waarbij een vloeibare hars stolt met behulp van UV- of laserlicht. Het probleem? Er wordt alleen gewerkt met lichtgevoelige polymeren, dus geen metalen of keramiek.
Sommige alternatieve methoden proberen een gedrukt polymeer in een steviger materiaal te veranderen. Maar vaak is het resultaat niet erg compact en vol gaten, met objecten die te veel krimpen en vervormen.
Het team van professor Daryl Yee, die leiding geeft aan het ALCHEMY-laboratorium bij EPFL, heeft voor een geheel andere aanpak gekozen. We beginnen met een eenvoudige en transparante hydrogel, 3D-geprint met de gewenste vorm. Vervolgens wordt het ondergedompeld in een oplossing die metaalzouten bevat. Deze zouten komen de gel binnen en transformeren in kleine metaaldeeltjes.
De stap wordt verschillende keren herhaald, in cycli die “groeicycli” worden genoemd, om de hoeveelheid metaal te vergroten. Uiteindelijk verdampt de gel door de hitte en blijft alleen het metaal of keramiek over, met de perfecte vorm van het originele model, zoals Yee opmerkt:
In plaats van al met het metaal te printen, printen we eerst de vorm en kiezen we later het materiaal. Dit maakt de techniek veel flexibeler en toegankelijker.
Test op complexe vormen: tot 20 keer sterker en met minder vervormingen
Om de effectiviteit van hun methode te bewijzen, printten de onderzoekers gyroïden, complexe geometrische structuren die ook in de natuur voorkomen. Ze maakten ze met behulp van verschillende metalen zoals koper, ijzer en zilver. Vervolgens onderwierpen ze ze aan mechanische weerstandstests.
Zoals Yiming Ji, promovendus en eerste auteur van het onderzoek, uitlegt, spreken de resultaten voor zich:
Onze structuren weerstonden een druk die 20 keer hoger was dan vergelijkbare materialen die met andere technieken werden verkregen.
En ze krompen slechts met 20%, vergeleken met gemiddeld 60 tot 90%.
Dit betekent dat de verkregen stukken niet alleen resistenter zijn, maar ook stabieler en nauwkeuriger.
Praktische toepassingen
Het potentieel van deze ontdekking is concreet, niet theoretisch. De nieuwe techniek is ideaal voor het maken van 3D-objecten die sterk en licht moeten zijn en complexe vormen moeten hebben. En dit is precies wat nodig is in veel sleutelsectoren:
De volgende stappen? Het EPFL-team werkt eraan om het proces te versnellen, waarvoor momenteel verschillende onderdompelingscycli nodig zijn. Daarom ontwikkelen ze een automatische robot die de langzamere fasen aankan, en zo de weg vrijmaakt voor productie op industriële schaal.
Ons doel is om deze techniek snel en economisch te maken, en deze uit de laboratoria en in bedrijven te krijgen.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
