CLIP – Das neue 3D-Druckverfahren

Heute kommerzielle 3D-Drucker kranken oftmals an dem Problem, dass das 3D-Druckverfahren noch sehr viel Zeit in Anspruch nimmt. Bis ein bestimmtes Bauteil fertiggestellt ist, können mehrere Stunden oder gar Tage vergehen. Sicherlich ist die Zeitspanne immer noch als kürzer zu betrachten als die Anlieferung von einem Hersteller, doch wenn es nach dem Unternehmen Carbon 3D geht, dann wird es mit der CLIP-Technologie bald möglich sein, wesentlich schneller zum Ergebnis zu kommen.

Die Firma „Carbon3D“ stellte im Jahre 2015 ein neues und ein um ein vielfach schnelleres Druckverfahren vor. Das sogenannte „Continuous Liquid Interface Production“, kurz CLIP-Verfahren druckt 3D-Objekte laut Hersteller bis zu 100-mal schneller als die herkömmlichen 3D-Drucksysteme, welche man bis dato kennt.

Die neue Technologie soll die 3D-Druckwelt um ein Vielfaches nach vorne bringen, indem sie schneller und flexibler produziert.

Aber was macht das CLIP-Verfahren so fix?

Möglich macht dies eine Zusammenarbeit von chemischen Prozessen und einem exakten Materialverbrauch, bei dem von den gewünschten Objekten nicht jede einzelne Schicht ausgedruckt und zusammengesetzt wird, sondern das Objekt gleich in seiner ganzen und kompletten Form erstellt wird. Das CLIP-Verfahren erlaubt es so, dass ganze Objekt viel schneller und in einer viel besseren Qualität auszudrucken.

Vereinfachtes Herstellungsverfahren

Der Druckprozess ist simpel so wie einfach: Das benötigte Kunstharz für den Drucker liegt auf der Plattform und wird durch einen Projektor mithilfe von UV-Licht zum Schmelzen gebracht und zugleich erhärtet. Unter der Plattform liegt ein Fenster das Sauerstoff freisetzt. Die Hinzugabe von Sauerstoff wiederum sorgt ganz einfach dafür, dass sich das Harz nicht zu schnell verhärtet. Ein kompletter Querschnitt der erstellten Form, soll zuerst angeben, wie das Objekt am Ende aussehen soll.

Das Geheimnis dahinter

Das Clipverfahren ist deshalb so revolutionär, weil es einen unglaublich schnellen Aufbau von Strukturen erlaubt. Aus einem flüssigen Kunststoffbad erhebt sich das Druck-Erzeugnis wie ein Phönix aus der Asche. Das Grundprinzip des schichtweisen Aufbaus wird beim Clip-Verfahren ausgehebelt, sodass die Oberflächenstruktur sehr viel feiner und sauberer ausfällt, als bei bisherigen 3D-Druckverfahren.

Möglich wird das durch die Photopolymerisation. Bei dem Prozess wird das Aushärten des Kunststoffes durch UV-Licht und Sauerstoff verhindert, sodass das Objekt in der sogenannten Dead-Zone weiter aufgebaut werden kann. Zu dem Zweck verfügt der Tank, in dem sich der Kunststoff befindet, über einen für Licht und Sauerstoff durchlässigen Boden. Durch eine spezielle Software wird der gesamte Prozess gesteuert, sodass nur die Bereiche aushärten, die tatsächlich zum Objekt gehören. Hierdurch entstehen keine sichtbaren Schichten mehr, was auch die Stabilität um ein enormes Maß erhöht.

Rapide Fortschritte

Es war etwa vor einem Jahr, als das damalige Start-up die Continuous Liquid Interface Production (CLIP) zum ersten Mal vorstellte. Nun ist man hier bereit den nächsten Schritt zu unternehmen, denn mit der Fertigstellung des M1-Druckers sollen auf Basis eines Abonnement-Systems, die ersten Geräte an Firmen ausgeliefert werden. Diese sollen bis zu 25 bis 100 Mal schneller drucken als die bisherigen Maschinen.

Carbon 3D setzt dabei auf eine vollständige Vernetzung, denn alle Drucker werden permanent mit dem Internet verbunden sein. Die so gesammelten Daten können für Diagnosen und die kontinuierliche Weiterentwicklung des Systems genutzt werden. Auch für die einsetzenden Firmen wird alles ganz einfach gestaltet. Alle Funktionen werden direkt über eine browserbasierte Benutzeroberfläche angesprochen, sodass keine zusätzliche Software installiert werden muss.

Der Weg ist bereitet

Dass das neue Verfahren regen Anklang findet, zeigt bereits die Tatsache, dass Carbon 3D erst kürzlich zwei neue Partner für sein Projekt gewinnen konnte. Einer von ihnen ist Sculpteo – ein Online-Dienstleister – welcher sich einen Namen durch das Herstellen von lebensechten 3D-Abbildern von Menschen machte. Nun wird auch bei dem Unternehmen das CLIP-Verfahren zur Anwendung kommen. Hierdurch werden die Oberflächen noch feiner und die Skulpturen noch lebensechter gestaltet werden können.

Neben dieser, eher zum Spaß der Nutzer gedachten Anwendung, haben natürlich auch die Hersteller von Maschinen und speziellen Bauteilen reges Interesse an der Technologie. Fertigungsprozesse könnten vereinfacht werden, die heute noch eine Menge Zeit in Anspruch nehmen und zudem horrende Summen bei der Produktion verschlingen. Erste Automobilhersteller haben ebenfalls das CLIP-Verfahren in Verwendung, denn Komponenten, die eine sehr genaue Passform benötigen, lassen sich auf die Weise einfach günstiger konstruieren.

Die Zukunft ist CLIP

Wenn sich der derzeitige Entwicklungsprozess so fortsetzt wie bisher, so könnte es geschehen, dass in Zukunft viele Produkte ihren Ursprung in einem 3D-Drucker mit CLIP-Verfahren haben werden. Das gilt auch für normale Haushaltsgeräte und viele Kunststofferzeugnisse. Im Übrigen spart die Methode sogar Ressourcen, denn die benötigte Materialmenge beschränkt sich stets exakt auf die Größe des jeweiligen Objektes. Es wird also nie mehr Kunststoff verbraucht, als tatsächlich erforderlich ist.

Die Grundplattform, die übrigens beweglich ist (auch „Build-Plattform“ genannt), wird zum Harz runtergesetzt. Das „Herz“ des Druckers befindet sich unter dem dünnen Fenster, das ähnlich wie Kontaktlinsen, durchsichtig sowie auch licht- und sauerstoffdurchlässig ist. Indem die Sauerstoffzufuhr überwacht wird, kann es durch das CLIP-Verfahren möglich gemacht werden eine „dead zone“ (Tote Zone) zu erschaffen.

Diese Zone beschreibt den Ort, an dem die dünne Schicht von nicht gehärteten Harz zwischen dem Fenster und dem Objekt entsteht. Auf diese Weise kann das Objekt aus dem Harz uneingeschränkt und schnell „wachsen“ ohne zu stoppen. In einer kontinuierlichen Sequenz werden weitere UV-Bildern projiziert und Schichten aufgebaut. Am Ende wird das Objekt ganz einfach aus dem „Harzbad“ gezogen. Der ganze Vorgang kann durch modernste Software beaufsichtigt werden.

Als ein erster Partner fertigte der 3D-Druck Hersteller Sculpteo aus Frankreich 3D-Produkte im CLIP-Verfahren. Bereits jetzt konnten mit Hilfe des Verfahrens Behälter und Dichtungen angefertigt werden.

Die Ford Motor Company setzt seit Kurzem auf die CLIP-Technik, um Einzelteile für die Automobilproduktion preiswert und zeitsparend anzufertigen. Es wurden bereits Kabeldurchführungen für Autotüren und Ölschläuche produziert. Eine Ausweitung der Fertigung mit Hilfe des CLIP-Verfahrens ist gespannt zu erwarten.