Keramik-Bauteile aus dem 4D-Drucker

Hongkong (pte003/21.08.2018/06:10) - Forscher der City University of Hong Kong https://cityu.edu.hk haben einen bahnbrechenden Fortschritt in den Materialwissenschaften erzielt. Professor Lu Jian und sein Team haben das weltweit erste 4D-Druckverfahren für Keramik entwickelt. 4D bedeutet, dass neben der räumlichen Ausdehnung als vierte Dimension die Zeit eine Rolle spielt. Das Verfahren macht selbst die komplexesten Formen möglich.

Herkömmliche Laser zu schwach

Keramik zu formen, ist keine leichte Angelegenheit. Das Material hat einen hohen Schmelzpunkt, sodass der Druck von Formteilen zunächst unmöglich zu sein scheint. Die Laser, die normalerweise genutzt werden, um Pulver an den Stellen aufzuschmelzen, an denen Material bleiben soll, sind dafür viel zu schwach. Die bisher in Frage kommenden Ausgangsstoffe sind zudem ungeeignet.

Um diese Hürden zu überwinden, haben Lu und sein Team eine keramische Tinte entwickelt. Das ist ein Gemisch aus Nanopartikeln, basierend auf Kunststoff und Keramik. Es handelt sich um einen Brei, der aus einer Düse gepresst und per Laserstrahl verfestigt wird. Schicht um Schicht entsteht so das gewünschte Formteil. Mit Keramik hat das noch wenig zu tun. Es ist ein relativ weiches Gebilde.

Mit Hitze entsteht Endprodukt

Jetzt kommt die vierte Dimension ins Spiel, die Zeit. Äußere Einflüsse, wie mechanische Kräfte, Hitze oder Magnetfelder, können dafür sorgen, dass sich das gedruckte Objekt in eine Keramik verwandelt. Die Forscher aus Hongkong taten dies mit Hitze. "Das klingt alles ganz einfach, ist es aber nicht", sagt Lu. "Wir probierten viele verschiedene Methoden aus, um die Tinte und den Drucker zu entwickeln." Es gebe eine Menge Faktoren, die die Qualität des Bauteils beeinflussen könnten.

Das Anwendungsspektrum ist Lu zufolge riesig. Vielversprechend sei beispielsweise die Herstellung von keramischen Bauteilen für den Einsatz in der Elektrotechnik. Vor allem der Aufbau der 5G-Mobilfunknetze werde der Bedarf an keramischen Bauteilen steigern, so der Wissenschaftler. Auch in der Luft- und Raumfahrt sieht er Einsatzmöglichkeiten. Sie könnten in den Motoren eingesetzt werden, weil sie formstabil und äußerst temperaturbeständig sind. Noch hat Lu sein Endziel nicht erreicht. Im nächsten Schritt will er die mechanischen Eigenschaften der Keramik verändern. Sie soll elastischer werden, sodass sie nicht mehr so leicht bricht.

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