de.wedoany.com-Bericht: Forscher der University of Nottingham und der University of California, Berkeley haben ein neuartiges Harz-Chemiesystem entwickelt, das die Überhitzung unterdrückt, die beim computergestützten axialen Lithographie-(CAL)-Volumen-Additivfertigungsprozess zu Verzug und Verschmelzung von Bauteilen führt.
Beim CAL-Verfahren wird Licht in einen rotierenden Harzbehälter projiziert, wodurch das gesamte 3D-Objekt auf einmal ausgehärtet wird. Diese Technologie baut Teile mittels radikalischer Polymerisation (FRP) auf, doch sobald die Reaktion ausgelöst wird, setzt sie schnell Wärme frei und löst den Trommsdorff-Effekt (Geleffekt) aus. Dieser selbstverstärkende Kreislauf führt dazu, dass das Harz in heißeren Bereichen schneller aushärtet und mehr Wärme freisetzt, was wiederum Strukturmerkmale verzieht oder verschmilzt, die eigentlich getrennt bleiben sollten. Eine in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichte Studie zeigt, dass die Einführung der reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragungs-(RAFT)-Polymerisation in gängige CAL-Harze die exotherme Instabilität deutlich reduzieren kann, die bisher die Präzision und Skalierbarkeit dieser Technologie einschränkte.
Das Forschungsteam testete Pentaerythritoltetraacrylat, ein gängiges CAL-Harz, und stellte fest, dass die Temperatur von gedruckten Teilen ohne RAFT-Reagenz während der Polymerisation um 59 Grad Celsius anstieg. Nach Zugabe des RAFT-Reagenzes CPBD, einem Dithiobenzoat, sank der Temperaturanstieg bei einer Zugabemenge von 0,1 % auf 27 °C und bei einer Zugabemenge von 0,3 % weiter auf 3,5 °C. Wärmebild- und Schattenbildaufnahmen zeigten, dass Harz ohne RAFT-Reagenz innerhalb weniger Minuten überhärtete, während Harz mit 0,2 % RAFT-Reagenz zwei Minuten nach der Objektbildung noch keine Überhärtung aufwies.
Das Chemiesystem löste auch das Problem des thermischen Auftriebs – ein Defekt, bei dem wärmebedingte Konvektion dazu führt, dass sich Bauteile während des Drucks verschieben. Beim Druck mit Standard-FRP-Harz verschmolz ein Testobjekt aus drei Kugeln unterschiedlicher Größe zu einem Ganzen; mit der RAFT-Formulierung formten sie sich zu getrennten, korrekt beabstandeten Teilen mit einer Auflösung von 150 Mikrometern zwischen den Merkmalen. Die Studienautoren druckten auch verschachtelte und ineinandergreifende Geometrien und nutzten die aktiven Endgruppen des RAFT-Reagenzes, um nach dem Druck zusätzliche Polymerbeschichtungen auf die fertigen Teile aufzupfropfen. Das Team gab an, dass dieser Schritt die zukünftige Herstellung von Multimaterialien unterstützen könnte.
