3D-Drucker erfreuen sich immer grösserer Beliebtheit. Im bereits weit verbreiteten
Schmelzschichtverfahren wird ein thermoplastischer Kunststoff Schicht um Schicht aufgetragen, bis das
gewünschte Bauteil hergestellt ist. Soll aber eine überhängende Form gedruckt werden, sind
herkömmliche 3D-Drucker ab einem bestimmten Winkel auf Stützmaterial angewiesen. Diese
mitgedruckten Hilfsstrukturen müssen danach in einem zusätzlichen Arbeitsschritt vom eigentlichen Objekt
entfernt werden. Häufig bleiben Spuren sichtbar. Zwei ZHAW-Forscher haben nun Abhilfe geschaffen. Ihre
Lösung: sie haben die Druckdüse um 45 Grad geneigt und eine zusätzliche Rotationsachse integriert.
Somit kann sich der Druckkopf beliebig um die eigene Achse drehen. «Unser 3D-Drucker ‘RotBot’ ist in
der Lage, beliebige Strukturen ohne Stützmaterial zu drucken», sagt Wilfried J. Elspass, Leiter des
Forschungsbereichs Systemtechnik am ZHAW-Institut für Mechatronische Systeme. «Das bedeutet, dass
wir erstens weniger Material benötigen, zweitens die Druckzeiten kürzer werden und drittens das
Nachbearbeiten – also das Entfernen von Stützmaterial – komplett wegfällt.»
Druckdaten werden doppelt transformiert
Um mit ihrem neuen Verfahren
überhaupt drucken zu können, entwickelten die Forscher zusammen mit dem Institut für Angewandte
Mathematik und Physik der ZHAW eine spezielle Druckdatenaufbereitung. «Sie beruht nicht wie üblich auf
parallelen Schichten zum Druckbett, sondern auf kegelförmigen», erklärt ZHAW-Forscher Michael
Wüthrich. Die Forscher haben dazu zwei neue Algorithmen entworfen. Ein erster Algorithmus transformiert
die Geometriedaten so, dass die Fahrbefehle für den Drucker mittels herkömmlicher Software generiert
werden können. Ein zweiter Algorithmus muss diese Fahrbefehle dann wieder zurücktransformieren, damit
schlussendlich das Teil gemäss der Ausgangsgeometrie auf dem RotBot gedruckt wird. «Somit ist der
aufwändige Teil der Datenaufbereitung dennoch mit handelsüblicher Software zu stemmen und die
Geometrien können vollautomatisch gedruckt werden», so Wüthrich.
Als
Upgrade-Kit vermarktbar
Bereits vor vier Jahren war an der ZHAW School of Engineering
ein 3D-Drucker vorgestellt worden, der dank sechs Achsen und einer beweglichen Druckerplatte
Überhänge ohne Stützmaterial drucken konnte. Die Erstellung der Druckdaten war allerdings aufwändig,
da sie eine Abstimmung zwischen Druckkopf, Druckplatte und gedrucktem Teil benötigte. Im Gegensatz
zum damaligen Prototyp ist die Technik beim RotBot einfacher. «RotBot kann sich relativ einfach auf Basis
eines konventionellen Druckers mit kartesischer Kinematik aufbauen lassen», sagt Wilfried J. Elspass.
Geht es nach den ZHAW-Forschern, sollten bestimmte Hersteller die Lösung aus Winterthur bald als
Upgrade-Kit für ihre 3D-Drucker umsetzen.
Kontakt
Prof. Dr.
Wilfried J. Elspass, Institut für Mechatronische Systeme, ZHAW School of Engineering, Telefon 058 934 78
28, E-Mail wilfried.elspass@zhaw.ch
Michael Wüthrich, Institut für Mechatronische Systeme,
ZHAW School of Engineering, Telefon 058 934 78 25, E-Mail michael.wuethrich@zhaw.ch
Matthias Kleefoot, Public Relations, ZHAW School of Engineering, Telefon 058 934 70 85, E-Mail
medien.engineering@zhaw.ch
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