KI-gesteuerte 3D-Drucktechnik macht Bauteile stärker und kostengünstiger

Photocurable 3D-Drucktechnologien wie der digitale Lichtverarbeitungsansatz (DLP) sind aufgrund ihrer hohen Präzision und Geschwindigkeit weit verbreitet – etwa in der Zahnmedizin oder bei der Herstellung komplexer Prototypen. Doch ein zentrales Problem bleibt: die Bauteile sind spröde und wenig widerstandsfähig gegenüber Stoßbelastungen. Ein Forschungsteam um Professor Miso Kim von der KAIST-Abteilung für Maschinenbau hat nun eine bahnbrechende Lösung entwickelt, die sowohl die mechanische Festigkeit als auch die Wirtschaftlichkeit erheblich steigert. Ihre Arbeit wurde in der renommierten Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht. Die zentrale Innovation besteht in der Kombination zweier Technologien: Zum einen wurde ein neuartiges Polyurethan-Acrylat-(PUA)-Material mit dynamischen chemischen Bindungen entwickelt, das deutlich bessere Dämpfungseigenschaften gegenüber Schlägen und Vibrationen aufweist als herkömmliche Harze. Zum anderen setzt das Team auf „Grayscale DLP“, eine Methode, bei der die Lichtintensität während des Druckvorgangs kontrolliert variiert wird. Dadurch kann aus einer einzigen Harzformulierung strukturell unterschiedlich belastbare Bereiche erzeugt werden – wie bei den unterschiedlichen Funktionen von Knochen und Knorpel im menschlichen Körper. Dies ermöglicht eine gezielte Anpassung der Festigkeit an spezifische Belastungspunkte innerhalb eines Bauteils. Ein entscheidender Fortschritt ist die Integration eines KI-Algorithmus, der automatisch die optimale Festigkeitsverteilung basierend auf Struktur und Belastungsbedingungen vorschlägt. Damit entsteht eine nahtlose Verbindung zwischen Materialentwicklung und struktureller Gestaltung, die bislang nur mit aufwendigen Simulations- und Testzyklen möglich war. Die KI reduziert somit Forschungs- und Entwicklungszeit sowie Produktionskosten erheblich. Besonders wirtschaftlich ist die Tatsache, dass keine teuren Mehrmaterial-Drucksysteme mehr nötig sind. Bisher erforderte die Herstellung von Bauteilen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften mehrere Harze und komplexe Druckprozesse. Mit der neuen Methode erreicht man dieselbe Flexibilität mit nur einem Material und einem einzigen Druckvorgang – ohne zusätzliche Geräte oder Materialmanagement. Dies macht die Technologie besonders attraktiv für industrielle Anwendungen. Die Forscher sehen großes Potenzial in der Medizintechnik, etwa bei patientenspezifischen Implantaten, die nicht nur präzise passen, sondern auch länger halten und komfortabler sind. Auch in der Luft- und Raumfahrt, der Robotik und der Fertigung präziser Maschinenteile eröffnet die Technologie neue Möglichkeiten. Professor Kim betont: „Diese Methode erweitert die Freiheitsgrade in Material und Struktur gleichzeitig. Wir erwarten eine breite Anwendung in vielen Industriezweigen.“ Industrielle Experten sehen in der Kombination aus intelligentem Material, adaptiver Lichtsteuerung und künstlicher Intelligenz einen Meilenstein für die nächste Generation von 3D-Druckverfahren. Die Technologie könnte die Wettbewerbsfähigkeit von additiven Fertigungsprozessen gegenüber traditionellen Methoden wie Spritzguss erheblich stärken und gleichzeitig die Entwicklung maßgeschneiderter, hochbelastbarer Bauteile beschleunigen.