Additive Fertigung: So entsteht eine Roboterhand in einem einzigen Arbeitsgang

Inkbit, Spezialist für die additive Fertigung, gibt die Veröffentlichung einer Studie in der Fachzeitschrift Nature bekannt. Sie weist nach, wie sich die von Inkbit entwickelte Vision-Controlled Jetting (VCJ)-Technologie zur direkten Herstellung komplexer multifunktionaler Systeme in einem Druckvorgang eignet — und zwar ohne Zusammenbau von Teilkomponenten. Die in Zusammenarbeit mit dem MIT und dem Soft Robotics Lab der ETH Zürich verfasste Arbeit mit dem Titel „Vision-Controlled Jetting for Composite Systems and Robots“ zeigt, wie VCJ neue Möglichkeiten für die Fertigung erschließt. Denn mit der Technologie kann es gelingen, die komplexe Struktur und Funktionalität natürlicher Organismen synthetisch nachzubilden.

Additive Fertigung für multifunktionale Systeme

Mit herkömmlichen Fertigungsmethoden lassen sich nur schwer Systeme herstellen, die die komplizierten Strukturen und vielfältigen Materialeigenschaften der Natur widerspiegeln. VCJ stellt sich dieser Herausforderung. Denn das Unternehmen bietet zum ersten Mal die Möglichkeit, komplexe, multifunktionale Systeme in einem einzigen Druckvorgang präzise herzustellen. Dabei müssen diese nicht erst aus Teilkomponenten zusammengesetzt werden.

Die VCJ-Technologie stelle eine qualitative Veränderung im Bereich der additiven Fertigung dar, so Davide Marini, CEO von Inkbit. „Wir schließen die Lücke zwischen den elegant ausgeklügelten Strukturen, die wir in der Natur bewundern, und unserer Fähigkeit, sie synthetisch zu replizieren. Dies ist nicht nur ein Schritt nach vorn, sondern ein Sprung in eine neue Ära der Fertigung.“

Integriertes KI-gestütztes 3D-Computer-Vision-Scansystem

Die VCJ-Technologie von Inkbit hat ihren Ursprung im traditionellen 3D-Tintenstrahldruck. Sie hebt diesen nun jedoch auf eine ganz neue Ebene. Denn sie integriert ein KI-gestütztes 3D-Computer-Vision-Scansystem, das die Druckgeometrie jeder Schicht in Echtzeit erfasst. Diese digitale Steuerung mit geschlossenem Regelkreis macht mechanische Planarizer überflüssig. Sie ermöglicht zudem den Druck mit langsam aushärtenden Chemikalien. Dadurch kann VCJ komplizierte Teile aus mehreren Materialien in einem breiten Spektrum von mechanischen Eigenschaften mit hoher Genauigkeit und Präzision direkt drucken.

Die praktischen Anwendungen dieser Technologie sind vielfältig. VCJ verbessert nicht nur die Auflösung und die funktionalen Fähigkeiten gedruckter Komponenten. Das Verfahren ermöglicht auch die Herstellung komplizierter interner Netzwerke von Kanälen und Hohlräumen. Somit lassen sich Signale, Energie oder Flüssigkeiten durch die Struktur leiten. Mit VCJ ist es nun möglich, hochentwickelte, multifunktionale Systeme herzustellen, die komplexe physikalische Aufgaben in großem Maßstab ausführen können. Um die Fähigkeiten von VCJ zu demonstrieren, haben die Autoren des Nature-Artikels eine Reihe komplexer Systeme gedruckt. Dabei handelt es sich um eine sehnengetriebene Hand, die anhand von MRT-Daten modelliert wurde, einen pneumatisch betätigten Gehmanipulator, eine Pumpe, die ein Herz nachahmt, und neuartige Metamaterialstrukturen.

Roboterhand in einem Arbeitsgang

Mit der VJC-Technologie und den Materialien von Inkbit habe man zum ersten Mal etwas so Komplexes wie eine Roboterhand mit Knochen, Bändern und Sehnen in einem einzigen Arbeitsgang drucken können, sagt Thomas Buchner, Doktorand an der ETH Zürich. „Das TEPU-Material von Inkbit hat sehr gute elastische Eigenschaften und kehrt nach einer Biegung viel schneller in seinen ursprünglichen Zustand zurück als Polyacrylat, was es ideal für die Herstellung der elastischen Bänder der Roboterhand macht.“

Die VCJ-Technologie von Inkbit kann Produktdesign und -herstellung umgestalten, insbesondere in Bereichen, die mehrstufige Montageprozesse und komplexe Lieferketten erfordern. Die heute in Nature veröffentlichte Studie beschreibt einen wichtigen Schritt für die additive Fertigung. Dieser eröffnet neue Möglichkeiten in Bereichen wie Robotik, Gesundheitswesen, Mobilität, Industrieautomation und Verteidigung.

Weitere Informationen: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06684-3 und https://inkbit3d.com/

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