Von Grund auf: Die 3D-Drucktechnologie auf die nächste Stufe bringen

Ein Stützbad zur Unterstützung der strukturellen Integrität bedruckter Gewebe, das das Drucken mit anatomischen Komplexitäten ermöglicht. Bildnachweis: Patrick Mansell / Penn State. Creative Commons

21. März 2022

Von Sara LaJeunesse

Timothy Simpson ist stolzer Besitzer einer maßgeschneiderten Armbanduhr, einer der wenigen, die heutzutage vollständig in den USA hergestellt werden. Das von Vortic Watch Company, einer Firma im Besitz des Penn State-Absolventen RT Custer, entworfene Stück ist eine wunderschöne Taschenuhr aus dem Jahr 1908, die in Waltham, Massachusetts, hergestellt wurde und von einem 3D-gedruckten Titan-Außengehäuse umgeben und mit einem maßgeschneiderten Lederarmband ausgestattet ist.

Mit dem 3D-Druck „konnte Vortic einer Antiquität neues Leben einhauchen und ein Nischen-Luxusgut der Spitzenklasse schaffen“, sagte Simpson, interimistischer Abteilungsleiter der School of Engineering Design, Technology, and Professional Programs und Paul Morrow Professor in technischem Design und Fertigung.

Ein großer Teil des Reizes der Technologie, fügte Simpson hinzu, liege darin, dass sie ein Maß an Individualisierung ermögliche, das mit der herkömmlichen Fertigung nicht möglich sei. Mit dem 3D-Druck kann Vortic mit derselben Maschine maßgeschneiderte Titanbeschläge für jede einzelne Uhr erstellen und Bestellungen nach Zahlungseingang aufgeben. Für Custer und eine wachsende Zahl anderer hat der 3D-Druck die Hürden bei der Herstellung gesenkt.

„Es demokratisiert das Unternehmertum, insbesondere für Hardware-basierte Startups“, sagte Simpson. „Unternehmer müssen nicht Millionen von Dollar in Maschinen und Ausrüstung investieren. Sie können einfach ein paar Drucker kaufen und mit der Herstellung beginnen.“

„Vom Leistungsstandpunkt aus gesehen gehören wir zu den weltweit führenden Institutionen im Bereich der additiven Fertigung.“

Tim Simpson, Paul Morrow Professor für Ingenieurdesign und Fertigung

Tatsächlich kann jeder für etwa 150 US-Dollar einen Walmart mit einem 3D-Drucker verlassen, der eine wachsende Auswahl an Werkzeugen, Spielzeugen und anderen Schmuckstücken herstellen kann. In den letzten Jahren ist die Technik jedoch erheblich ausgefeilter geworden; Zu seinen Produkten gehören nicht nur Kleinigkeiten aus Kunststoff, sondern auch Hightech-Artikel aus Metall, Beton, Ton und sogar Biomaterialien. Forscher an der Penn State sind führend auf dem Gebiet, das heute als additive Fertigung bekannt ist, und arbeiten daran, die Möglichkeiten des 3D-Drucks zu verbessern, mit dem Ziel, unter anderem drängende Probleme in den Bereichen menschliche Gesundheit, Wohnen und Transport anzugehen.

Ein anderes Ballspiel

„Jeder kann einen Drucker kaufen, lernen, wie man Material einfüllt, und loslegen, aber Teile zu entwerfen, die wirklich die Vorteile des 3D-Drucks nutzen – also besser, schneller und billiger als traditionell hergestellte Komponenten – ist ein anderes Ballspiel“, sagte er Simpson. „Man muss die Ökonomie, die Materialien, das Design und den Prozess verstehen. Es ist ein Kontaktsport; man muss Hand in Hand gehen und mit Experten aus vielen anderen Disziplinen sprechen, um wirklich gut in der additiven Fertigung zu sein.“

Die Fähigkeit der Forscher von Penn State, genau das zu tun – mit Kollegen aus verschiedenen Disziplinen zusammenzuarbeiten, um jede Komponente eines Problems und seine Lösung anzugehen – sei eine Stärke der Universität, sagte Simpson. „Aus diesem Grund“, fügte er hinzu, „gehören wir aus Leistungssicht zu den weltweit führenden Institutionen im Bereich der additiven Fertigung und expandieren daher weiterhin in neue Bereiche.“

Der Begriff „additive Fertigung“ beschreibe, erklärte Simpson, den Einsatz von 3D-Druck zur Herstellung funktionaler Komponenten in einer Fertigungsumgebung. Der Prozess ist „additiv“, da ein Objekt durch den schichtweisen Aufbau entsteht. „Stellen Sie sich Wasser vor, das von der Decke einer Höhle tropft und dünne Mineralienschichten auf dem Höhlenboden ablagert, um Stalagmiten zu bilden“, sagte er. Im Gegensatz dazu werden bei der subtraktiven Fertigung Bauteile durch Materialabtrag erstellt, bis das endgültige Teil fertig ist. Der additive Prozess ist von Natur aus sowohl flexibler als auch weitaus weniger verschwenderisch.

Experimente zur additiven Fertigung mit gerichteter Energieabscheidung untersuchen die Auswirkungen der gepulsten Laserbearbeitung auf die Mikrostruktur und Eigenschaften von Materialien. Bildnachweis: Jason Bolt, ARL, Penn State. Alle Rechte vorbehalten.

Der Prozess beginnt mit einem 3D-Modell: einer computergestützten Entwurfsdarstellung (CAD) des Objekts, die genau angibt, wie viel Material – Kunststoff, Metall, Ton oder eine andere Substanz – wo abgelagert werden muss. Während der 3D-Drucker seine Anweisungen liest, extrudiert er in der vorgegebenen Weise ein Kunststofffilament aus einer Düse auf das Druckbett oder ein Laser schmilzt Metallpulver Schicht für Schicht zu einem Teil. Nach Fertigstellung der Basisschicht fügt der Drucker weitere Schichten hinzu, bis das Element fertig ist.

Auf diese Weise können Benutzer fast alles drucken, was sie sich vorstellen können. „Wir nutzen den 3D-Druck, um Auto- und Flugzeugteile, Hüft- und Knieimplantate und vieles mehr herzustellen“, sagte Simpson. „Vor einigen Jahren gab es eine Episode von ‚Grey’s Anatomy‘, in der Ärzte das Ohr eines Patienten rekonstruierten, indem sie ein neues wachsen ließen. Das können wir jetzt tun. Das passiert tatsächlich, und Penn State verfügt über einige der führenden Experten auf diesem Gebiet.“ 3d Drucken."

Drucken mit Biomaterialien

Stellen Sie sich vor, Sie wären ein Patient in einem MRT-Gerät. Wahrscheinlich kennen Sie das Konzept, bewegungslos in diesem gemütlichen Tunnel zu liegen, während rotierende Scanner feinkörnige Bilder Ihres Gewebes und Ihrer inneren Organe erzeugen. Stellen Sie sich nun vor, dass eine solche Maschine diese Gewebe direkt reparieren könnte, indem sie neue Muskel- oder Hautschichten ablagert und sogar neue Organe schafft und installiert. Dies ist der Traum von Ibrahim T. Ozbolat, außerordentlicher Professor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik, Biomedizintechnik und Neurochirurgie. Ozbolat nutzt den 3D-Druck, um eine Reihe von Materialien für die menschliche Gesundheit herzustellen.

„Ich kann mir eine Zeit vorstellen, in der ein Patient unter einem Biodrucker liegt und neue Haut direkt auf eine Wunde gedruckt wird“, sagte er. Ozbolat und seine Laborgruppe haben bereits über Erfolge beim Drucken von Knochen und Weichgewebe auf die Schädel von Ratten berichtet.

Miji Yeo, ein Postdoktorand, der im Labor von Ibrahim Ozbolat arbeitet, beschäftigt sich mit dem Mikroventil-Bioprinting lebender Zellen für die Herstellung von Hautgewebe. Bildnachweis: Patrick Mansell / Penn State. Creative Commons

„Die Reparatur von Verletzungen der Haut und Knochen des Schädels ist angesichts der vielen Schichten unterschiedlicher Gewebetypen besonders schwierig“, sagte er. „Der Versuch, mit diesen beiden Materialien gleichzeitig zu arbeiten, ist eine noch größere Herausforderung.“

Derzeit, so erklärte er, erfordert die Behebung von Schädelverletzungen die Verwendung von Haut und Knochen aus einem anderen Körperteil des Patienten, was eine zusätzliche Operation erfordert, oder von einem Leichnam, bei dem das Risiko einer Abstoßung durch das Immunsystem des Patienten besteht. Für ihre Studie erstellten Ozbolat und seine Kollegen stattdessen ein druckbares Knochenmaterial aus einer Mischung aus Kollagen; Chitosan, ein Zucker aus dem Außenskelett von Schalentieren; Nano-Hydroxylapatit, ein Bestandteil des Zahnschmelzes; und Bone Morphogenetic Protein-2, ein von der FDA zugelassener Wachstumsfaktor für die Knochenregeneration. Für die Haut verwendeten sie Kollagen und Fibrinogen, ein in der Leber hergestelltes Protein, das die Blutgerinnung unterstützt.

Nach dem genauen Scannen des Schädeldefekts der Ratte, erklärte Ozbolat, folgte der 3D-Drucker dem 3D-„Bauplan“ und extrudierte das Knochenmaterial auf die Wunde, gefolgt von einem Barrierematerial und dann dem Hautmaterial. Der gesamte Vorgang dauerte weniger als fünf Minuten. Nachdem sie das 6 Millimeter breite Loch in der Haut und das 5 Millimeter breite Loch im Knochen getrennt repariert hatten, reparierten sie beide im Rahmen desselben chirurgischen Eingriffs. „Es gibt keine chirurgische Methode, um weiches und hartes Gewebe gleichzeitig zu reparieren“, bemerkte Ozbolat.

Der nächste Schritt, sagte er, bestehe darin, Verbindungen hinzuzufügen, die zur Erleichterung der Vaskularisierung beitragen können, da der Blutfluss zum Knochen für die Heilung besonders wichtig sei. Er und sein Team arbeiten bereits mit Neurochirurgen, kraniomaxillofazialen Chirurgen und plastischen Chirurgen am Penn State Hershey Medical Center zusammen, um diese Forschung auf menschliche Anwendungen zu übertragen.

Neben der Reparatur von Haut und Knochen nutzen Ozbolat und sein Team 3D-Bioprinting, um bei der Erforschung von Brustkrebs zu helfen. In einer kürzlich durchgeführten Studie erstellte das Team Tumormodelle, sogenannte Tumorsphäroide, um zu untersuchen, wie der Abstand einer Tumorzelle zu benachbarten Endothelzellen – Zellen, die die Wände von Blutgefäßen auskleiden – und Fibroblasten – Bindegewebszellen – ihre Wachstumsfähigkeit beeinflusst. Je näher eine Tumorzelle an einer Endothelzelle oder einem Fibroblasten liegt, desto aggressiver ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie sich ausbreitet.

„Bei einer solchen Forschung ist es wichtig, die Präzision der zu testenden Variablen aufrechtzuerhalten“, sagte Madhuri Dey, Doktorandin der Chemie. „In diesem Projekt ermöglicht uns der 3D-Druck, die Position des Tumors in Bezug auf das Hauptblutgefäß präzise anzupassen, sodass wir die Auswirkungen der Entfernung auf das Tumorwachstum beobachten können. Die Verwendung eines natürlichen Tumors würde zu große Variabilität mit sich bringen.“

Drucken mit Beton

Während der 3D-Druck von biologischen Materialien das Gesundheitswesen verändern kann, könnte die Technik auch die Art und Weise verändern, wie wir unsere lebenden Strukturen entwerfen und bauen – nicht nur auf der Erde, sondern vielleicht sogar im Weltraum.

Kürzlich leiteten Jose Duarte, Stuckeman-Lehrstuhl für Designinnovation, und Shadi Nazarian, außerordentlicher Professor für Architektur, gemeinsam ein interdisziplinäres Team aus Studenten und Lehrkräften, das bei einem NASA-Wettbewerb den zweiten Platz belegte. Das Ziel? Entwurf eines autonomen Systems, das mithilfe der 3D-Drucktechnologie einen menschlichen Unterschlupf auf dem Mars schaffen kann. Mit ihrem Beitrag gelang es dem Team, die weltweit erste vollständig 3D-gedruckte Struktur zu bauen, die ein vor Ort ohne Schalung oder Gussformen gebautes Dach umfasst, sagte Duarte.

„Die anderen Teams druckten das Dach separat aus und hoben es anschließend an seine Position oder verwendeten eine Schalung, um zu verhindern, dass es beim Drucken einstürzte“, fügte Duarte hinzu.

Duarte würdigte Sven Bilén, Professor für Ingenieurdesign, Technologie und Berufsprogramme, für seinen einzigartigen Beitrag zum Drucksystem. „Sven fügte dem Roboterarm eine geniale Verlängerung hinzu, die es ihm ermöglichte, weit genug zu reichen, um die gesamte Struktur zu drucken, und vergrößerte so das, was wir ‚Designfreiheit‘ nennen“, sagte Duarte.

Eine weitere Herausforderung des Wettbewerbs bestand darin, einen Spezialbeton in 3D zu drucken, der als fertige Struktur extremen Umweltbedingungen standhalten kann. Aleksandra Radlinska, außerordentliche Professorin für Bauingenieurwesen, brachte ihr Fachwissen über das Verhalten von Zement und Beton in das Team ein. Der 3D-Druck mit Beton könne schwierig sein, erklärte Radlinska, da die Mischung flüssig genug sein muss, um durch eine Druckdüse extrudiert zu werden, anschließend aber stabil und stark genug, um weitere Schichten zu tragen. Forscher haben gezeigt, dass der 3D-Druck mit Beton bei richtiger Umsetzung zu Strukturen führen kann, die genauso stabil sind wie herkömmlich gebaute Strukturen und dabei weniger Material verbrauchen.

„Man kann mit einem kleinen Drucker ein großes Haus bauen, Zimmer für Zimmer. Man kann das Ganze vor Ort ausdrucken.“

Jose Duarte, Stuckeman-Lehrstuhl für Designinnovation

Obwohl der Mars-Shelter-Wettbewerb vollständig auf der Erde stattfand, könnte das Endprodukt des Teams durchaus im Weltraum gebaut werden. Die gewonnenen Erkenntnisse würden jedoch genutzt, um hier nachhaltige und kostengünstige Wohnmöglichkeiten zu schaffen, indem Bauprozesse vereinfacht und beschleunigt und Material eingespart würden, sagte Duarte. Er und seine Kollegen entwickeln bereits die Technologie, um Strukturen in abgelegenen Gebieten Alaskas zu errichten, wo extreme Temperaturen mit denen auf dem Mars vergleichbar sind.

Unter der Koordination von Ali Memari, dem Lehrstuhl für Wohnungsbau von Bernard und Henrietta Hankin und mit Hilfe von Ming Xiao, einem Professor für Bauingenieurwesen, und Nathan Brown, einem Professor für Architekturingenieurwesen, entwirft das Team ein für Alaska geeignetes 3D-gedrucktes Modell Dazu gehören ein Fundament, Wände und ein Dach.

„Das Modell ist im Wesentlichen ein Raum, und man kann Räume kombinieren, um einzigartige Häuser mit einer Vielzahl von Konfigurationen zu bauen“, sagte Duarte. „Auf diese Weise können Sie ein großes Haus mit einem kleinen Drucker bauen, Zimmer für Zimmer. Sie können das Ganze vor Ort ausdrucken.“

Drucken mit Ton

Der Assistenzprofessor für Kunst Tom Lauerman nutzt den 3D-Druck, um Strukturen anderer Art zu bauen. Obwohl sie viel kleiner als ein Haus sind, sind sie gleichermaßen faszinierend. Und das Material, das er verwendet – Ton – kann in seinem eigenen Hinterhof gefunden werden.

„Als Bildhauer arbeite ich seit vielen Jahren mit Keramik, aber ich habe mich auch schon immer sehr für Technologie interessiert“, sagte Lauerman. „Also fing ich an, 3D-Modellierungsprogramme zu erlernen, wie sie ein Architekt oder Industriedesigner zum Entwerfen von Dingen verwenden würde. Das lag zum Teil daran, dass es für mich eine effektive Möglichkeit war, Ideen umzusetzen. Ich habe diese 3D-Modelle im Grunde als Blaupause erstellt.“ für etwas, das ich dann versuchen würde, von Hand herzustellen.

Als der 3D-Druck Fortschritte machte, begann Lauerman, die Technologie zur Herstellung von Kunststoffformen und zum Gießen von Keramikobjekten daraus zu nutzen. „Das hat wirklich gut funktioniert“, sagte er, „aber es war zeitaufwändig und umständlich.“

„Stairs“ von Tom Lauerman, gedruckt in Terrakotta-Ton. Die schwarze Oberfläche wird mit einer alten Technik namens „Terra Sigillata“ erzeugt, was übersetzt „versiegelte Erde“ bedeutet. Bildnachweis: Patrick Mansell / Penn State. Creative Commons

Als Lauerman Simpson um technischen Rat bat, entstand die Idee des 3D-Drucks direkt mit Ton. Da es keine handelsüblichen Drucker gab, die seinen Zweck erfüllten, ging Lauerman auf Simpsons Vorschlag hin zur Learning Factory des College of Engineering, um dort mit einem Studententeam einen solchen zu bauen.

Die Bernard M. Gordon Learning Factory ist eine praktische Einrichtung für Ingenieurstudenten, die sie in Verbindung mit Capstone-Design und anderen Kursen nutzen können. In den letzten fünf Jahren hat Lauerman mit diesen Studenten zusammengearbeitet, um maßgeschneiderte 3D-Tondrucker zu entwerfen und zu bauen.

„Die Objekte, die wir zunächst herstellen konnten, waren wirklich grob, es waren winzig kleine Dinge“, sagte er. Heute sind Lauermans Kreationen jedoch viel anspruchsvoller und er plant, sie im kommenden Jahr in einer offiziellen Ausstellung zu zeigen.

„Der 3D-Druck ermöglicht es mir, mit nahezu unbegrenzten Möglichkeiten zu experimentieren“, sagte er. „Ich kann Dinge mit wirklich komplizierten, sich wiederholenden Mustern herstellen, die mit der Hand nur sehr schwer zu machen wären, und wenn ich eine kleine Änderung vornehmen möchte, kann ich das tun, ohne den immensen Aufwand auf sich nehmen zu müssen, ihn von Grund auf neu aufzubauen.“

Drucken mit Metall

Während biologische Materialien, Zement und Ton die Türen zu spannenden Möglichkeiten durch den 3D-Druck öffnen, sagte Simpson, „was der additiven Fertigung in den letzten 10 Jahren wirklich Auftrieb gegeben hat, sind Metalle.“ Die Technologie habe sich so weit entwickelt, dass es möglich sei, Metallteile mit komplexen Kurven oder Hohlräumen herzustellen, die mit subtraktiven Verfahren nur schwer zu erreichen seien, erklärte er. Die Ergebnisse haben bereits begonnen, sich unter anderem auf die Herstellung von Automobilen und Flugzeugen auszuwirken.

Simpsons Kollege Edward „Ted“ Reutzel ist einer von mehr als einem Dutzend Forschern im Applied Research Laboratory der Penn State, die den Metall-3D-Druck vorantreiben. Reutzel leitet das Center for Innovative Materials Processing Through Direct Digital Deposition (CIMP-3D), eine 8.000 Quadratmeter große Anlage im Innovation Park, deren hochmoderne Fähigkeiten und Fachwissen es ermöglichen, als Demonstrationsanlage für additive Fertigung für das US Defense Advanced zu dienen Forschungsprojektagentur (DARPA). In den letzten 10 Jahren hat CIMP-3D mehr als 6.000 Besucher empfangen, drei Start-up-Unternehmen gegründet, mehr als 30 neue Arbeitsplätze in der Region geschaffen und die Einführung des weltweit ersten Graduiertenprogramms für additive Fertigung und Design unterstützt Mittlerweile sind über 200 Branchenexperten aus mehr als 80 verschiedenen Unternehmen eingeschrieben.

Ted Reutzel und Allison Beese diskutieren über Musterproben von Ti-6Al-4V, einer in der Luft- und Raumfahrtindustrie weit verbreiteten Titanlegierung, die in einer Laser-Pulverbettschmelzmaschine am Center for Innovative Materials Processing Through Direct Digital Deposition (CIMP-3D) hergestellt werden. im Innovationspark. Bildnachweis: Jason Bolt, ARL, Penn State. Alle Rechte vorbehalten.

Reutzel arbeitete 2016 mit der US Navy zusammen und leitete ein Team, das das US Naval Air Systems Command bei der Entwicklung und dem Bau der weltweit ersten 3D-gedruckten flugkritischen Komponente unterstützte – einer Titanverbindung, die dabei hilft, das Triebwerk am Rahmen einer Marine zu befestigen Tiltrotor-Flugzeuge. Heute konzentrieren sich Reutzel und seine Kollegen am CIMP-3D auf die additive Fertigungstechnologie von der frühen Forschung bis hin zu Anwendungen für den industriellen Einsatz und auf die Unterstützung bei der Entwicklung von Methoden zur effizienten Bewertung und Verbesserung der Teilequalität der additiven Fertigung.

„Additive Fertigung hat das Potenzial, die Fertigung zu revolutionieren, indem sie eine bedarfsgesteuerte Produktion ermöglicht, Material- und Herstellungskosten senkt, hochflexible Designs für die Produktion ermöglicht und Merkmale und Materialkombinationen ermöglicht, die derzeit nicht realisierbar sind“, sagte Reutzel. Es gebe jedoch weiterhin Hindernisse, sagte er – zum einen „stelle das Fehlen etablierter Qualitätskontrollpraktiken für gefertigte Teile eine Herausforderung für eine breitere Akzeptanz dar“.

Wie Reutzel erklärte, ist der 3D-Druckprozess, der die schnelle Herstellung komplexer Teile ermöglicht, selbst recht komplex, und kleine Prozessstörungen können mit Materialfehlern wie Hohlräumen oder Porosität in Verbindung gebracht werden – im Wesentlichen Löcher im Material, die kleiner als ein menschliches Haar sind. Diese Mängel können zu Rissen und Instabilität führen und die Haltbarkeit und Sicherheit gefährden.

Reutzel und Kollegen, darunter Parisa Shokouhi, außerordentliche Professorin für Ingenieurwissenschaften und Mechanik, untersuchen verschiedene Verfahren zur Identifizierung solcher Defekte, darunter nichtlineare Resonanz-Ultraschallspektroskopie, die vorhersagen kann, wie lange ein Objekt halten wird, bevor es versagt, und Röntgen-Computertomographie, die ermöglicht die Visualisierung innerer Fehler in festen Objekten.

Allison Beese, außerordentliche Professorin für Materialwissenschaft und -technik sowie Maschinenbau, arbeitet ebenfalls an der Qualitätskontrolle bei Metallen. Beese, die das Additive Manufacturing & Design Graduate Program der Penn State leitet, konzentriert einen Großteil ihrer Forschung auf funktional abgestufte Materialien, bei denen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften kombiniert werden, um gewünschte Eigenschaften zu erreichen.

„Es ist sehr aufregend, an der Spitze der additiven Revolution zu stehen.“

Tim Simpson, Paul Morrow Professor für Ingenieurdesign und Fertigung

Beese untersucht auch die Zusammenhänge zwischen Temperatur, Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften im Zusammenhang mit dem Druckprozess. Bei der additiven Fertigung von Metallen beispielsweise liegt das dem Drucker zugeführte Rohmaterial oft in Form von Metallpulver oder Draht vor. Diese Materialien werden mit einem Laser- oder Elektronenstrahl geschmolzen, und wenn jede Schicht des gewünschten Objekts hinzugefügt wird, kühlt es ab, verfestigt sich und verschmilzt mit der darunter liegenden Schicht. Dieser Prozess führt zu schnellen Aufheiz- und Abkühlzyklen, was zu Mikrostrukturen im Material führt, die sich drastisch von denen unterscheiden, die man bei gegossenen oder bearbeiteten Gegenstücken sieht. „Um Metalle zuverlässig in strukturellen Anwendungen einsetzen zu können, müssen ihre mechanischen Eigenschaften verstanden und vorhersehbar sein“, sagte Beese. „Die Arbeit meines Labors kann letztendlich dazu beitragen, Metriken für Qualitätskontrolle und Wiederholbarkeit zu definieren und zur Entwicklung neuer Materialien zu führen.“

Während Sicherheit und Qualität oberste Priorität haben, da immer mehr Verbraucher- und Industrieprodukte auf diese Weise hergestellt werden, ist der 3D-Druck mit mehreren Materialien ein weiterer vielversprechender Bereich für zukünftige Forschung. „Wenn wir ein Haus drucken wollen, drucken wir derzeit den Beton, lassen aber Platz für die Fenster“, erklärte Simpson. „Könnten wir beim Einbringen des Betons, um ein Fenster zu erhalten, einfach auf ein transparentes Polymer umsteigen?“

Der digitale Charakter der additiven Fertigung bedeutet, dass 5G, die nächste Generation der drahtlosen Netzwerktechnologie, neue Möglichkeiten für die Fernüberwachung und den Fernbetrieb schaffen wird, sagt Simpson. „Wir hoffen, auf dem Campus ein 5G-Testfeld zu errichten, das als Plattform für die Entwicklung, Bereitstellung und Erprobung neuer Protokolle für die additive Fertigung und andere digitale Fertigungstechnologien dienen wird.“ Mit der Einführung von 5G sagte er: „Wir können völlig neue Wege für die Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle eröffnen.“

Von den maßgeschneiderten Uhren, die bereits erhältlich sind, bis hin zu den künstlichen Organen, die für die Zukunft getestet werden: 3D-Druck und additive Fertigung ermöglichen es uns, traditionelle Produkte erschwinglicher und nachhaltiger herzustellen und völlig neue Produkte zu schaffen, die die Art und Weise, wie wir reisen und Häuser bauen, verändern können und kümmern uns um unsere Gesundheit. An der Penn State nutzen Forscher die Technologie auf neuartige und aufregende Weise, die bereits Auswirkungen auf die Welt hat.

„Unsere Fakultät und unsere Studenten arbeiten direkt mit der Industrie zusammen, um bei der Lösung realer Probleme zu helfen“, sagte Simpson. „Es ist sehr aufregend, an der Spitze der additiven Revolution an der Penn State zu stehen, und unsere Fähigkeit, so einfach zusammenzuarbeiten, stärkt unseren Einfluss weit über das hinaus, was jeder von uns alleine erreichen könnte.“

Diese Geschichte erschien erstmals in der Herbstausgabe 2021 des Magazins Research/Penn State.

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