Forschung: Forscher vom MIT und Harvard entwickeln Verfahren für den 3D-Druck mit keramischer Schaumstofftinte

Wissenschaftler des MIT und der Harvard Universität erfanden eine Schaumstofftinte, mit der 3D-gedruckte Materialien eine abstimmbare makro- und mikroskalige Porosität erhalten können. Zugleich schufen sie auch ein neues 3D-Druck-Verfahren, das für den Leichtbau, die Herstellung von Wärmedämmung und einige andere Bereiche durchaus sehr interessant sein dürfte.

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Die besten Inspirationen finden sich in der Natur. Eine Gruppe von Forschern des MIT und vom Wyss Insitute der Harvard University haben sich die Zusammensetzung des Grases genauer angeschaut, dessen rohrförmige Makrostruktur und die poröse Mikrostruktur robust genug sind, um heftigem Wind und häufiger Kompression standzuhalten. Um diese Eigenschaften auf ein 3D-gedrucktes Material zu übertragen, entwickelten die Harvard- und MIT-Forscher ein neues 3D-Druckverfahren. Bei diesem kommt eine Keramikschaumtinte zum Einsatz, mit der Materialien hergestellt werden können, deren Porosität unabhängig abstimmbar ist.

Vielfältige Anwendungsbereiche

An der Forschung sind Wissenschaftler des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering der Harvard University, der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) beteiligt. Sie sind der Ansicht, dass die neue 3D-Druck-Technik sehr vielseitig einsetzbar ist. Die so hergestellten Materialien könnten wiederum im Leichtbau, bei der Wärmedämmung und bei der Herstellung von Gewebe-Gerüsten Verwendung finden. Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten sie in der Zeitschrift „Proceedings of the Natural Academy of Science“ und im Blog des Wyss Institutes.

Professor Jennifer Lewis – Harvard Universität
Professor Jennifer Lewis – Harvard Universität (Bild © Harvard School of Engineering and Applied Sciences ).

„Durch die Erweiterung des kompositorischen Raumes der bedruckbaren Materialien können wir Leichtbaukonstruktionen mit außergewöhnlicher Steifigkeit herstellen“, so Jennifer A. Lews, Professorin am Wyss Institute. Lewis ist Mit-Gründerin und Chief Scientific Advisor des 3D-Drucker-Herstellers Voxel8, dessen Entwickler-Kits beim Druck der Embeddes-Elektronik zum Einsatz kommen.

Die keramische Schaumstofftinte kommt beim 3D-Druck von Gras inspirierter Materialien zum Einsatz, welche unter anderem Aluminiumoxid-Partikel, Wasser und Luft enthalten. Da die Mikrostruktur der Tinte kontrolliert werden kann, hatten die Forscher die Möglichkeit, die Eigenschaften so zu ändern, dass sich das Material auf der Mikroskala verformte. Leichte poröse drei- und sechseckige Waben wurden dann mit verschiedenen Konfigurationen, die die Geometrie, Dichte und Steifigkeit betrafen, gedruckt. Sobald die Tinte erstarrt ist, besteht die geschaffene Struktur aus Luft, welche auf verschiedenen Längenskalen von keramischem Material umgeben ist.

Loma Gibson, Professor am MIT, äußerte, dass die keramische Schaumtinte und die 3D-Drucktechnik das Beste aus beiden Welten kombiniere, „da sie sowohl mikostrukturelle Kontrolle (über Schaumverarbeitung) als auch globale architektonische Steuerung (über den 3D-Druck) biete.

Zugleich bieten sich jetzt auch weitere Entwicklungsmöglichkeiten, beispielsweise die Herstellung neuer druckfähriger Schaumstofftinten. Die jetzt vorgestellten Forschungsarbeiten stellen „einen wichtigen Schritt zur skalierbaren Herstellung von porösen Materialien dar“, so Lewis abschließend.

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