Een team van EPFL-ingenieurs heeft een 3D-printmethode ontwikkeld die licht gebruikt om in enkele seconden objecten van ondoorzichtige hars te maken. Hun doorbraak kan veelbelovende toepassingen hebben in de biomedische industrie, zoals het maken van kunstmatige slagaders.

In 2017 ontwierpen ingenieurs van EPFL's Laboratory of Applied Photonic Devices (LAPD) een 3D-printer die objecten bijna onmiddellijk kan fabriceren. Nu heeft het team zijn printmachine en -methode verbeterd en kan het objecten maken van ondoorzichtige hars - iets dat voorheen nooit mogelijk was.

De 3D-printer van EPFL is een van de snelste ter wereld. Terwijl de meeste 3D-printers werken door een materiaal laag voor laag af te zetten in een proces dat bekend staat als additive manufacturing, gebruikt de EPFL-printer een volumetrische methode. "We gieten de hars in een container en draaien het", zegt professor Christophe Moser. "Vervolgens schijnen we onder verschillende hoeken licht op de container, waardoor de hars stolt waar de opgehoopte energie in de hars een bepaald niveau overschrijdt. Het is een zeer nauwkeurige methode en kan objecten produceren met dezelfde resolutie als bestaande 3D-printtechnieken."

De volumetrische methode van de ingenieurs kan worden gebruikt voor objecten van vrijwel elke vorm, en ze besloten het te testen door een kleine Yoda te maken. Het kostte hen slechts 20 seconden om het beeldje te maken, tegenover ongeveer tien minuten voor een conventioneel proces van additieven.

Licht gebruiken om materialen te laten stollen

De lichtstralen kunnen de hars stollen door interactie met een lichtgevoelige verbinding in het plastic. "Onze methode werkt alleen als het licht in een rechte lijn door de hars gaat zonder te worden afgebogen", zegt postdoc Antoine Boniface. "Tot nu toe hebben we altijd transparante hars gebruikt, maar we wilden kijken of we objecten konden printen in het soort ondoorzichtige hars dat in de biomedische industrie wordt gebruikt."

De uitdaging bij het gebruik van ondoorzichtige hars in volumetrische processen is dat het licht zich niet soepel voortplant, waardoor het moeilijk is om de hoeveelheid energie te verzamelen die nodig is om de hars te laten stollen. "Met dekkende hars verloren we veel resolutie in het geprinte object", zegt promovendus Jorge Madrid-Wolff. "Dus probeerden we een oplossing te bedenken waarmee we objecten in deze hars konden maken, maar zonder de voordelen van onze 3D-printer te verliezen."

Computerberekeningen aanpassen

De oplossing die de ingenieurs vonden was eigenlijk vrij eenvoudig. Eerst gebruikten ze een videocamera om de baan van het licht door de hars te observeren en ontwierpen vervolgens computerberekeningen om de lichtstraalvervorming te compenseren. Ze programmeerden hun printer om deze berekeningen uit te voeren en de lichtstralen te corrigeren terwijl de printer werkt. Dit zorgde ervoor dat de hoeveelheid energie die nodig was om de hars te laten stollen op de gewenste plekken werd bereikt. Door de computerberekeningen aan te passen, konden de ingenieurs objecten printen in dekkende hars met bijna dezelfde precisie als voor transparante hars - een belangrijke doorbraak.

De LAPD-methode kan worden gebruikt om biologische materialen, zoals kunstmatige slagaders, in 3D te printen. Als volgende stap hopen de ingenieurs meerdere materialen tegelijk te kunnen printen en de resolutie van hun printer te verhogen van een tiende millimeter naar een micrometer.

Het onderzoek  is gepubliceerd in Advanced Science.