Hände inklusive Sehnen – direkt aus dem 3D-Drucker

Forscherinnen und Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich haben Roboterhände mit Knochen, Bändern und Sehnen gedruckt. Möglich machte es einen neue 3D-Druck-Technologie, die im Wissenschafts­magazin «Nature» vorgestellt worden ist. Mit der neuen Technologie können Systeme aus unter­schiedlichen Materialien in einem einzigen Durchgang gedruckt werden, wie aus einer Mitteilung der ETH hervorgeht.

Bisher waren für die Herstellung komplexer Systeme mühsame Montage­prozesse erforderlich. Mit der neuen Technologie werden die Systeme am Stück gedruckt, wie aus der Studie hervorgeht. Dies eröffnet völlig neue Möglichkeiten für die Robotik. Als Beweis dafür haben die Forschenden eine Roboterhand aus dem Drucker produziert. Schicht für Schicht wurde sie aus Kunststoffen mit unterschiedlicher Elastizität gedruckt.

Der neue Ansatz verwendet langsam härtende Polymere für den 3D-Druck. Diese haben sehr gute elastische Eigenschaften und kehren nach einer Biegung viel schneller in den Ausgangszustand zurück als die bisher verwendeten Polyacrylate. Ausserdem liesse sich der Steifegrad des Materials sehr fein einstellen.

«Mit den schnell härtenden Polyacrylaten, die wir bisher beim 3D-Druck verwendeten, hätten wir diese Hand nicht herstellen können», wird Thomas Buchner, Erstautor der Studie, zitiert.

Um den 3D-Druck mit langsam härtenden Polymeren zu ermöglichen, mussten die Forschenden zahlreiche Anpassungen vornehmen. Herkömmliche 3D-Drucker tragen ihr Material schichtweise auf und härten es sofort mit einer UV-Lampe aus. Dabei können jedoch kleine Unebenheiten entstehen. Diese werden dann nach jedem Härtungsschritt mit einer speziellen Vorrichtung abgeschabt.

Langsam härtende Polymere würden diese Abschabvorrichtungen aber verkleben. Deshalb entwickelten die Forschenden einen 3D-Laser-Scanner, der das Profil der gedruckten Schichten erkennen kann. Ein Feedback-Mechanismus gleicht Unebenheiten beim Druck der nächsten Schicht direkt aus, indem er die nötigen Anpassungen der zu druckenden Materialmengen berechnet.