Stereolithografie: Der Beamer wird zum 3D-Drucker

Ein Beamer ist ein zentraler Bestandteil eines neuartigen 3D-Druckers, den Forscher aus Kalifornien entwickelt haben. Er projiziert Bilder in ein flüssiges Harz, das in Form des abgebildeten Objekts aushärtet.

Artikel veröffentlicht am 4. Februar 2019, 13:21 Uhr, Werner Pluta

Der 3D-Drucker Replicator nutzt als Lichtquelle einen herkömmlichen Beamer. (Bild: Hayden Taylor/UC Berkeley)

Nicht Schicht für Schicht, sondern im Nu und als Ganzes: Forscher der Universität von Kalifornien in Berkeley (UC Berkeley) haben ein neues 3D-Druckverfahren entwickelt und zur Demonstration eine kleinere Ausführung der Statue "Der Denker" von Auguste Rodin erstellt. Das Verfahren hat neben der Geschwindigkeit noch andere Vorzüge.

Das Verfahren basiert auf der Stereolithographie (SLA). Dabei werden Objekte aus einem flüssigen Kunstharz aufgebaut. Das Harz härtet aus, wenn es Licht mit einer bestimmten Wellenlänge ausgesetzt wird. Es befindet sich in einem zylinderförmigen Behälter, der in Rotation versetzt wird.

Als Lichtquelle nutzen die Forscher um Hayden Taylor einen herkömmlichen Beamer. Der projiziert einen Film auf den sich drehenden Zylinder und belichtet so das Druckmaterial. Die Forscher fotografieren zunächst das Objekt, das sie kopieren wollen, von allen Seiten. Anschließend setzen sie diese Bilder zu einem Film zusammen, der dann auf das Harz projiziert wird. Der Aufbau der kleinen Statue hat etwa zwei Minuten gedauert.

Das Licht härtet das Harz aus flüssigen Polymeren, das mit lichtempfindlichen Molekülen und gelöstem Sauerstoff vermischt ist, aus. Nach dem Druck wird das Objekt aus dem Zylinder genommen, das nicht ausgehärtete Harz wird abgewaschen und kann wieder verwendet werden.

Inspiriert ist die Technik von der Computertomographie (CT), bei der 2D-Aufnahmen des menschlichen Körpers aus verschiedenen Perspektiven aufgenommen und anschließend zu einem 3D-Bild montiert werden. "Im Grunde haben wir dieses Prinzip umgekehrt", sagt Taylor. "Wir versuchen, ein Objekt zu erschaffen, anstatt ein Objekt zu vermessen. Aber tatsächlich stammt viel von der Theorie, die uns das ermöglicht, aus der Theorie, die der Computertomographie zugrunde liegt."

Die Oberflächen sind glatt

Vorteil der Technik ist, dass der Druck viel schneller geht als bei den herkömmlichen, schichtbasierten Verfahren. Zudem sind nach Angaben der Forscher die Oberflächen glatter, Abstufungen durch das schichtweise Aufbauen eines Objektes entstehen nicht. Das soll es beispielsweise ermöglichen, mit dem Verfahren optische Bauteile herzustellen. Zudem ist es möglich, ein Objekt um ein vorhandenes herumzudrucken. So haben die Forscher einen Griff für einen Schraubenzieher aufgebaut.

Replicator nennen die Forscher ihre Entwicklung, die sie in der Fachzeitschrift Science beschreiben. Sie haben dabei an das gleichnamige System aus der Star-Trek-Filmserie gedacht. Allerdings nutzt der New Yorker 3D-Drucker-Hersteller Makerbot die Bezeichnung schon für seine 3D-Drucker.

Ein anderes schnelles SLA-Verfahren haben Forscher der Universität von Michigan vorgestellt.