Digitales Holz im 3D Voxeldruck

Seit dem Aufkommen additiver Fertigungsverfahren träumen die Wissenschaftler von der Möglichkeit, den 3D-Druck so zu modifizieren, dass sich einzelne Voxel als Gitterpunkte einer dreidimensionalen Struktur ansteuern und individuell drucken lassen. Ein Forscherteam der University of Columbia scheint der Vision ein Schritt näher gekommen zu sein und berichtet über die erfolgreiche Umsetzung der Maserung von Olivenholz, die der Vorlage sehr nah kommt.

Digitale Aufnahme von 230 Schnittbildern

Zur Realisierung des Voxeldrucks haben die Wissenschaftler eine Holzprobe in 230 dünne Scheiben druchtrennt und von jeder ein digitales Schnittbild erzeugt. Diese wurden mit einer Software nachbehandelt, zu einem Datensatz zusammengeführt und als Grundlage für einen Druckprozess auf dem weltweit ersten Multimaterialdrucker von Stratasys, dem PolyJet J750, gegeben. „Bis vor kurzem wurden 3D-Drucktechnologien im Inkjet-Stil erfolgreich bei der Herstellung von Teilen mit komplexen Topologien und vollfarbigen Oberflächentexturen eingesetzt“, erklären die Wissenschaftler der Columbia University. „Diese Drucker haben jedoch mit Teilen zu kämpfen, die anisotrope innere Strukturen aufweisen, wie dies bei vielen organischen Materialien der Fall ist.“

Um die Qualität des Druckergebnisses aufzuzeigen, haben die US-Wissenschaftler den 3D-gedruckten Block in flüssigen Stickstoff getaucht und mit einem Meißel zerbrochen. Auf den Bildern lässt sich sehr deutlich die komplexe Holzmaserung und Textur im Innern der Probe erkennen. Mit dem Stratasys Multimaterialdrucker können bis zu sechs unterschiedliche Grundmaterialien verarbeitet werden, was die Möglichkeiten zur Realisierung äußerer und innerer Texturen um ein Vielfaches erweitern. Im Voxeldruck gefertigte Bauteile können erhebliche Anisotropien aufweisen. „Daher ist ein vernünftiger Einsatz von Tests und Simulationen erforderlich, um deren Verhalten vorherzusagen und die Produktion algorithmisch entworfener Materialien zu überprüfen“, resümieren die Wissenschaftler in ihrem Bericht.

Ein vollständiger Forschungsbericht ist erschienen unter: www.liebertpub.com/doi/full/10.1089/3dp.2018.0078