Forscher der Jiangnan University haben eine neue Keramik-3D-Druck-Methode entwickelt, bei der die Keramik in der Luft ohne jegliche Stützstrukturen entsteht. Damit sollen laut einem Artikel in der South China Morning Post komplizierte Formen möglich sein, die bisher selbst mit 3D-Druck noch nicht realisiert werden konnten.
In einem Artikel mit dem Titel „3D printing of unsupported multi-scale and large-span ceramic via near-infrared assisted direct ink writing“ haben die Forscher ihre Arbeit präsentiert.
Neue Druckpaste und verbesserte Härtungstechnik
Wegen seiner chemischen Inertheit, der Steifigkeit, der Festigkeit bei hohen Temperaturen und der Härte wird Keramik häufig für den Maschinenbau, die Elektronik, die Luft– und die Raumfahrtindustrie genutzt. Da das Material jedoch spröde und hart ist, konnten komplexe Teile damit bisher eher schwer aus Keramik angefertigt werden. Professor Liu Ren von der Jiangnan-Universität arbeitete mit seinem Team an einer neuen Druckpaste und einer verbesserten Härtungstechnik. Mit dieser verfestigt sich das Material schneller, gelingt der 3D-Druck effizienter und der Bedarf an Stützstrukturen wird überflüssig.
Die lichtempfindliche Keramikaufschlämmung nimmt an Festigkeit zu, wenn sie Licht im nahen Infrarotbereich (NIR) ausgesetzt wird. Dank einer bestimmten NIR-Strahlungsintensität behält das Material sofort nach dem Ausstoß aus der Düse in der Luft seine Form bei. Es zeigte sich, dass das NIR-Licht bessere Ergebnisse bringen kann als das normalerweise eingesetzte ultraviolette (UV) Licht. Das soll außerdem schnelleres und genaueres Hochpräzisionsdrucken ermöglichen.
Deutlich schneller mit NIR-Licht
Die Forscher haben die Aushärtetiefe der Aufschlämmung unter NIR- und unter UV-Licht gemessen, um die Lichtdurchdringungsfähigkeit des Materials zu testen. Nach 130 Sekunden erreichte die Aushärtetiefe unter UV-Licht 1,02 mm. Die Aushärtungstiefe unter NIR-Lichteinwirkung erreichte in nur 3 Sekunden 3,81 mm. Damit zeigte sich, dass NIR einen deutlich schnelleren, hochpräzisen Druck ermöglicht. Multiskalenfilamente mit Durchmessern von 0,41 mm bis 3,5 mm konnten mit dieser Technik verfestigt und Keramikstrukturen wie Torsionsfedern und Auslegerstrukturen erfolgreich gedruckt werden. Die Forscher erklären, dass die neue Technik Probleme im Zusammenhang mit der Entfernung von Stützstrukturen löst, die sonst bei herkömmlichem Keramik-3D-Druck herausfordernd waren.
In Videos demonstrierten die Forscher, wie sie dreidimensional gekrümmte Strukturen horizontal mit einer Geschwindigkeit von 1 mm pro Sekunde druckten. Die fertigen Keramiken behielten ihre Form bei und blieben auch nach Sinterprozessen oder dem Verdichten und Formen unter hohen Temperaturen stabil. Der Forscher Liu erklärte, dass das mit dieser Entwicklung der 3D-Druck von Keramikformen ohne Stützstrukturen den Keramik-3D-Druck noch zugänglicher machen würde.
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