Kurznachrichten zum 3D-Druck, 14. Oktober 2023: Intelligente Handschuhe, Architekturkeramik und mehr

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Wir beginnen unsere Kurznachrichten zum 3D-Druck mit einer Recherche zur Photopolymerisation in der Wanne für hochviskoses Harz und dann mit 3D-gedruckten Smart-Mesh-Handschuhen. Kürzlich wurden Robotik und 3D-Druck in Architekturkeramik gezeigt, und Forscher entwickelten ein recycelbares Material als Ersatz für Betonschalungen. XEV bietet Besitzern seines YOYO EV die Möglichkeit, ihr Auto per 3D-Druck individuell zu gestalten. Schließlich hat ein Hersteller einen 3D-gedruckten Desktop-Ionenstrahler entwickelt.

Gedruckte Muster aus hochviskosem Elastomer-UV-härtendem Harz.

Die Vat-Photopolymerisation (VPP) wird aufgrund des großen Bauraums, der hohen Effizienz und der vielseitigen Materialoptionen häufig im 3D-Druck eingesetzt. Aufgrund des Bottom-up-Druckmechanismus der Technik ist jedoch eine hohe Fließfähigkeit des UV-härtbaren Harzes erforderlich. Diese Anforderung an die Materialviskosität ist limitierend: UV-härtbares Harz muss vor der Verwendung häufig verdünnt werden, und die Zugabe von Reaktivverdünner beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften der Oligomere. Die Schwierigkeit beim 3D-Druck hochviskoser Harze besteht also darin, das Material zu nivellieren und die ausgehärteten Teile aus der Folie zu verformen. Ein Forscherteam der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) unter der Leitung von Professor Wu Lixin vom Fujian Institute of Research on the Structure of Matter veröffentlichte eine Studie über den Einsatz der linear scanbasierten Vat-Photopolymerisation (LSVP) für den 3D-Druck ultrahochviskoses Harz. Ihr System könnte eine bessere und effizientere Plattform für die Herstellung von 3D-gedruckten Materialien mit vielfältigen Eigenschaften bilden, da Oligomere zur Herstellung von 3D-druckbaren UV-härtbaren Harzen ohne Verwendung reaktiver Verdünnungsmittel verwendet werden könnten.

„In dieser Arbeit wird ein ausgefeiltes, linear scanbasiertes Bottich-Photopolymerisationssystem entwickelt, das die Einführung druckbarer UV-härtbarer Harze mit hoher Viskosität (> 600.000 cps) ermöglicht. Kurz gesagt wird dies durch den Einsatz von vier Walzen erreicht, um einen isolierten Druckbereich auf dem Harztank zu schaffen, der das gleichzeitige Aushärten des Harzes und das Ablösen des ausgehärteten Teils vom Harztank ermöglicht. Um die Anwendbarkeit dieser Strategie zu überprüfen, wird ein Oligomer-dominiertes UV-härtbares Harz mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, aber hoher Viskosität hergestellt und auf das entwickelte System aufgetragen. Es ist inspirierend zu sehen, dass Elastomere und gehärtete Materialien mit hoher Beanspruchung und Dehnung leicht hergestellt werden können“, schrieb das Team in seiner Zusammenfassung.

3D-gedruckter Netzhandschuh, gepaart mit 3D-gedruckten leitfähigen Dehnungsmessstreifen, verbunden mit einem Schaltkreis, um eine Echtzeitmessung von Widerstandsänderungen zu ermöglichen, wenn sich die Finger des Handschuhs biegen. Bildnachweis: Charlotte Hester.

Zwei Postgraduiertenstudenten der Universität Cambridge untersuchen den Einsatz 3D-gedruckter tragbarer intelligenter Handschuhe in der Mensch-Roboter-Kollaboration für Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR)-Anwendungen. Ihr flexibles leitfähiges Netz ist piezoresistiv, was bedeutet, dass sich seine Leitfähigkeit als Reaktion auf die ausgeübte Spannung ändert. Durch die Messung des Widerstands zwischen Knoten des leichten gitterartigen Netzes der Handschuhe können sie auf Verformungen schließen, also sich jeder gewünschten Form anpassen. Ihre Forschung befindet sich im frühen Proof-of-Concept-Stadium und das Ziel besteht darin, die 3D-gedruckten selbsterkennenden Netzhandschuhe zur Rekonstruktion von Gesten und zur Verfolgung von 3D-Formen zu verwenden, die auf Gebärdensprache, AR, VR und andere Anwendungen anwendbar sind. Die Forscher Ivan Grega und Sara AlMahri erhielten für ihre Arbeit den CAPE Acorn Postgraduate Research Award (CAPA) 2023 und werden nun einen Algorithmus für die 3D-Rekonstruktion der Verformung des Netzes entwickeln.

„Die Einsatzmöglichkeiten eines solchen Systems sind vielfältig. Beispielsweise kann die Verfolgung der Form einer Hand oder eines anderen Teils des menschlichen Körpers anthropomorphen Robotersystemen das Erlernen von Bewegungen ermöglichen. Das Trackingsystem könnte beispielsweise dem menschlichen Bediener eines Roboters Feedback geben, wenn der Roboter versucht, eine motorische Fähigkeit zu erlernen, beispielsweise einen Tennisschwung. Die 3D-Darstellung der Körperhaltung kann auch zur Echtzeitsteuerung von Remote-Agenten (z. B. Remote-Chirurgie) oder im digitalen Bereich (VR oder AR) verwendet werden“, sagte AlMahri.

Akustische Resonatorvasen: Prototypen mit umgekehrtem Halsdesign. Glasiertes Steingut, Sperrholz. Ein umgekehrtes Halsdesign für ein kompaktes Helmholtz-Resonatorkonzept. (Nicholas Hoban, John Nguyen, Brady Peters, Ross Cocks, Nermine Hassanin, Elham Khatei, Yuuko Kosame Li-Han, Pablo Espinal Henao, Robin Yu Bin He, Paul Kozak, Rahul Sehijpaul, Liam Cassano. Daniels Robotic Prototyping Lab, John H . Daniels Fakultät für Architektur, Landschaft und Design, University of Toronto)

Eine aktuelle Ausstellung in der Canadian Clay and Glass Gallery in Waterloo, Ontario, mit dem Titel „Robotic Clay: New Methods in Architectural Ceramics“ befasste sich mit der Rolle des 3D-Drucks und der Robotik in der Architekturkeramik und lud akademische Institutionen aus ganz Nordamerika ein, diese zu präsentieren Keramikstücke, die sie mithilfe von Robotertechniken hergestellt haben. Zu diesen digitalen Herstellungsmethoden gehörten das CNC-Fräsen mehrteiliger Formen, die beim manuellen Pressen verwendet werden, der 3D-Druck von Ton, das Wasserstrahlschnitzen feuchter Tonplatten und mehr. Durch die Kombination dieser Methoden mit traditionellem Keramikhandwerk zur Schaffung von Wänden und funktionalen Komponenten zeigte die Ausstellung das Potenzial, durch die Verschmelzung der Materialeigenschaften und der neuen Technologien neue Formen und Raumsprachen zu schaffen.

Robotic Clay: New Methods in Architectural Ceramics wurde von David Correa, James Clarke-Hicks und Isabel Ochoa von der University of Waterloo sowie Denis Longchamps und Peter Flannery von der Galerie kuratiert. Die Teilnehmer der Ausstellung kamen von der University of Waterloo, der Laurentian University, der Carleton University, der University of Toronto, der University at Buffalo, der Dalhousie University, der University of Calgary und anderen.

Forscher des BioMatters-Teams der University of Michigan wollen verschwenderische Betonschalungen ersetzen und haben eine nahezu abfallfreie Lösung für die Bauindustrie entwickelt. Die Basis ihres biologisch abbaubaren und wiederverwendbaren Materials ist recyceltes Sägemehl – ​​eine Ressource, die im Überfluss vorhanden ist, da jedes Jahr Millionen Tonnen Sägemehlabfall aus 15 Milliarden gefällten Bäumen entstehen. In der Betonindustrie entfallen etwa 40 % der Baukosten auf Schalungen. Das Upcycling eines ungenutzten Nebenprodukts der Holzindustrie könnte daher ein großer Schritt hin zu effizienteren und umweltfreundlicheren Betonbaumethoden sein. Mit der neuartigen Methode des Teams entstehen nahezu abfallfreie Freiformbetonstrukturen, indem der robotergestützte 3D-Druck des Sägemehls mit dem schrittweisen Betonguss nach Bedarf kombiniert wird. Beim Gießen formt die 3D-gedruckte Holzschalung den Beton, der wiederum das Holz gegen Verformung stabilisiert. Sobald der Beton ausgehärtet ist, wird die Schalung entfernt und anschließend durch Mahlen und Rehydratisieren des Upcyclingmaterials mit Wasser vollständig recycelt.

„Wir haben ein recycelbares, völlig natürliches Biomaterial hergestellt, das aus Sägemehl hergestellt wird. Andere auf Sägemehl basierende Lösungen verwenden andere erdölbasierte Polymere – wir verwenden Biopolymere, die vollständig abbaubar sind. Und das Wichtigste ist, dass es sehr einfach zu recyceln und wiederzuverwenden ist“, erklärte Muhammad Dayyem Khan, Forscher am Digital Architecture Research & Technology (DART) Laboratory der Universität.

„Wenn sich das Sägemehl zersetzt, entstehen Fettsäuren, Lignin, die im Wasser giftig sind. Und sobald es anfängt, Wasser zu verunreinigen, hat es Auswirkungen auf kleinere Wildtiere, Mikroben und ein breites Spektrum von Organismen. Und da Sägemehl extrem leicht entflammbar ist, ist sein potenzieller Beitrag zu Waldbränden sehr hoch.“

Das städtische Mobilitätsunternehmen XEV nutzt den 3D-Druck seit seiner Gründung im Jahr 2018 und hat kürzlich sein neues YOYO-Modell auf den Markt gebracht, dessen Auslieferung im vierten Quartal 2023 beginnen soll. Das verbesserte Elektrofahrzeug (EV) wird auch mit Xpression ausgestattet sein, einer 3D-Druck-Anpassung Service, mit dem Kunden das Äußere ihres Autos individuell gestalten können. Insbesondere kann der Benutzer die YOYO-Klinge, die Kunststoffkomponente an der Tür, ganz einfach austauschen, sodass sie ihren Vorlieben entspricht. Der Xpression-Service nutzt hochpräzisen 3D-Druck, um insgesamt 42 verschiedene anpassbare YOYO-Blade-Optionen zur Auswahl anzubieten. Durch eine Zusammenarbeit mit der in New York ansässigen aufstrebenden Online-Kunstplattform UAAD bieten Künstler YOYO-Fahrern kontinuierlich stilvolle und unterhaltsame Optionen, um ihr Reiseerlebnis noch angenehmer zu gestalten.

Der YOYO mini EV verfügt über intelligente rahmenlose Fenster, ein lustiges geometrisches Karosseriedesign und einen minimalistischen Stil, ein Panorama-Anti-UV-Glasdach, dreidimensionale LED-Leuchten, die sich vorne und hinten ergänzen, und eine rein elektrische Reichweite von maximal 150 km Geschwindigkeit von 80 km/h und maximal 15 kW Motorleistung. Der Kompaktwagen verfügt außerdem über zwei Modi – Sport und Standard – mit elektrischer EPS-Servolenkung und einem minimalen Wenderadius, der das Navigieren auf belebten Straßen in der Stadt erleichtert. Die leichten Batteriepakete des YOYO lassen sich schnell und einfach an einer Wechselstation austauschen. Darüber hinaus hat XEV eine Partnerschaft mit dem europäischen Energieriesen ENI geschlossen, um Batteriewechselnetzwerke in ganz Europa einzurichten und zu betreiben, die es den Fahrern ermöglichen, bequemer in der Stadt zu reisen. Der Einstiegspreis für das neue YOYO liegt bei 16.990 Euro (ohne Zuschüsse).

Schließlich hat ein Hersteller namens Integza ein 3D-gedrucktes Ionentriebwerk entwickelt, aber wahrscheinlich nicht die Art, an die Sie denken, die dabei helfen, Flugzeuge und Raumschiffe in großer Höhe in den Himmel zu schicken. Diese Motoren funktionieren, indem sie Elektronen aus einem neutralen Gasvorrat ziehen und eine Wolke positiver Ionen erzeugen, die dann durch elektromagnetische oder elektrostatische Kräfte beschleunigt werden, um einen sehr starken Antrieb zu erzeugen. Die batteriebetriebene Version von Integza wurde für den Desktop-Einsatz entwickelt, und der kompakte Festkörper-Ionenstrahler erzeugt das, was Gareth Halfacree von Hackster eine „angenehme Entladung“ nannte, zusammen mit einem Luftstoß, der Ihre Geburtstagskerzen 16 Zoll entfernt ausblasen kann! Es wurde aus 3D-gedruckten Teilen gebaut, einschließlich eines Harzrings, der zur Gewichtsreduzierung mit Kupfer plattiert wurde. Die Konstruktion liefert genügend nutzbaren Schub, um als Motor für ein einfaches Boot zu funktionieren, wurde jedoch zu schwer, als zur Leistungssteigerung vergossene Hochspannungstransformatoren hinzugefügt wurden.

„Ionischer Wind entsteht, wenn man Elektronen von einem Ort zum anderen schießt. Die Elektronen kollidieren mit den Luftmolekülen, die in eine bestimmte Richtung projiziert werden“, erklärte Integza das Konzept. „Stapeln Sie ein paar Drähte in Rohren [und] Sie können tatsächlich einen ziemlich anständigen Lüfter bekommen – aber all das ließ mich denken: ‚Was wäre, wenn ich versuchen würde, diesen blattlosen Lüfter [Design] in ein Ionentriebwerk zu verwandeln?‘“

Die 3D-Druckdateien für das Desktop-Ionenstrahlruder sind auf Printables unter einer freizügigen Public-Domain-Lizenz verfügbar.

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