Neue Methode: 3D-Druck von Kunst inspiriert

Ein Forschungsteam von Harvard hat mithilfe von künstlerischer Inspiration und maschinellem Lernen herausgefunden, wie der 3D-Druck über größere Entfernungen hinweg realisierbar sein könnte.

Der indisch-amerikanische Mathematiker und Biologe Lakshminarayanan Mahadevan ist Leiter des Soft Math Lab an der Harvard University, wo er die mathematischen Eigenschaften von Objekten und Materialien untersucht, die auf den ersten Blick wenig mit Mathematik zu tun haben. Dazu gehören beispielsweise die Flügel von Insekten, die Bewegung von Pilzen oder die Art und Weise, wie Farben und andere Flüssigkeiten Tropfen formen. Und genau das hat Mahadevan dazu inspiriert, eine neue Art des 3D-Drucks zu entwickeln, die sich an die Kunst Jackson Pollocks anlehnt.

„Drip Painting“ (Tropfmalerei) und 3D-Druck

Der Künstler Jackson Pollock wird oft dem abstrakten Expressionismus zugeordnet, insbesondere dem Action Painting. In seiner Arbeitsweise entwickelte er eine einzigartige Technik, die als „Drip Painting“ (Tropfmalerei) bekannt ist. Pollock arbeitete auf dem Boden oder einer großen Leinwand, die auf dem Boden lag. Er verwendete flüssige Farbe, meistens Ölfarben, und tropfte sie, spritzte sie oder ließ sie aus Farbdosen über die Leinwand fließen. Dies schuf chaotische und spontane Muster. Doch was hat es nun mit dem 3D-Druck zu tun? Schließlich steht diese Vorgehensweise in starkem Kontrast zum 3D-Druckverfahren, bei dem das Material, das gedruckt werden soll, Schicht für Schicht präzise in einem minimalen Abstand aufgetragen wird.

Mahadevan und sein Forschungsteam haben die beiden Techniken miteinander kombiniert, um einen „fernen“ 3D-Druck zu realisieren. „Wir wollten eine Technik entwickeln, die Faltungs- und Wickelinstabilitäten von Flüssigkeiten ausnutzt, anstatt sie zu vermeiden“, zitiert heise den Erstautor der Studie, Gaurav Chaudhary. Die Ergebnisse dieser Studie wurden in der Fachzeitschrift „Soft Matter“ veröffentlicht. Die Methode nutzt dieselben Regeln der Strömungsmechanik, auf die sich Pollock verließ, als er Leinwände auf den Boden legte und Farbe von oben darauf tropfte, tröpfelte und goss.

Chaudhary arbeitete mit einem Team unter der Leitung von Mahadevan. Vor mehr als 20 Jahren lieferte Mahadevan eine physikalische Erklärung für die Bildung von Flüssigkeitswickeln.

Was hat es mit der Schwerkraft zu tun?

Gaurav Chaudhary erklärte in einem Interview, aus dem auch Forbes zitiert: „Pollocks Ansatz, Farbe aus großer Höhe zu werfen, bedeutete, dass selbst, wenn seine Hand sich auf einer bestimmten Bahn bewegte, die Farbe dieser Bahn nicht folgte, aufgrund der Beschleunigung durch die Schwerkraft. Eine kleine Bewegung konnte zu einem großen Farbspritzer führen. Mit dieser Technik können Sie größere Längen drucken, als Sie bewegen können, weil Sie von der Schwerkraft diese kostenlose Beschleunigung erhalten.“

Die Harvard-Forschenden haben Flüssigkeitssimulationen und Deep Reinforcement Learning kombiniert, um die Bewegungen von Flüssigkeiten zu imitieren. Mit dieser Methode kann die Software durch Fehlerlernen in der Aufgabenausführung besser werden. Sie glauben, dass diese Technik auf anspruchsvollere Flüssigkeiten wie flüssige Polymere und Pasten angewendet werden kann und sogar für mehrschichtige Anwendungen erweitert werden könnte.

Durch die Nutzung der Schwerkraft kann es ermöglicht werden, auf einer größeren Leinwand zu drucken, als dies gegenwärtig von herkömmlichen 3D-Druckern möglich ist.

„Der aufregendste Durchbruch, den ich sehe, ist, dass die aktuellen 3D-Druckerdüsen einen festen Durchmesser haben“, kommentierte Tyler Ley, ein Ingenieurprofessor an der Oklahoma State University, der an der Harvard-Forschung nicht beteiligt war. Dieser Ansatz werde seiner Meinung nach variable Durchmesserbreiten ermöglichen, indem die Höhe und die Abscheiderate variiert werden.