US-amerikanische Forscher der Rutgers University haben ein neuartiges Verfahren entwickelt, mit dem es möglich wird, besonders kleine Objekte aus dem 3D-Drucker mit komplexen Strukturen lückenlos farbig zu beschichten. Beim nachträglichen Beschichten komplexer Objekte gelingt es bisher oft nicht, alle Stellen eines Objekts zu erreichen. Das neue Verfahren soll dieses Problem lösen. Wir stellen die Ergebnisse aus der zum Verfahren veröffentlichten Studie einmal genauer vor.

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Forscher der Rutgers University in New Jersey haben eine neue effiziente, automatisierte Nachbearbeitungsmethode zum Einfärben komplexer 3D-Druckobjekte entwickelt, wie die Forscher auf ihrer Website erklären. Mit dem neu entwickelten Sprühbeschichtungsprozess werden unzugängliche Bereiche eines Bauteils erreicht. Außerdem sollen „Smart Skins“ für 3D-gedruckte Teile möglich sein (Beschichtungen mit z.B. elektronischen Funktionalitäten). Ihre Studie mit dem Titel „Self-Limiting Electrospray Deposition for the Surface Modification of Additively Manufactured Parts“ veröffentlichten die Wissenschaftler im Fachmagazin ACS Applied Materials & Interfaces.

Elektrospray-Abscheidung (ESD)

Hydrogelgitter mit und ohne Beschichtung
Das rechte Hydrogelgitter ist beschichtet, das linke nicht (Bild © Jonathan P. Singer / Rutgers University – New Brunswick).

Mit dem Sprühbeschichtungsverfahren der Elektrospray-Abscheidung (ESD) entstand eine Technik, mit der komplexe 3D-Objekte konform beschichtet werden, ohne die Position der Sprühnadel oder die Ausrichtung des Objekts zu ändern.

Der leitende Autor der Studie, Jonathan P. Singer, Assistenzprofessor am Institut für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik der School of Engineering der Rutgers University – New Brunswick, erklärt, dass so nicht nur herkömmliche Objekte effizient beschichtet werden, sondern auch Hydrogel-Soft-Roboter. Die Beschichtungen sind robust genug, um ein vollständiges Eintauchen in Wasser und wiederholtes Quellen und Entquellen durch Feuchtigkeit zu überstehen. Herkömmliche Mittel zum Beschichten kommen nicht an alle Ecken und Winkel eines komplexen Bauteils.

Selbstlimitierende Elektrospray-Abscheidungstechnik (SLED)

ESD ist laut den Forschern eine mikro- / nanoskalige Sprühbeschichtungsmethode, bei der eine fließende Lösung mit Hochspannung in geladene Mikrotröpfchen zerstäubt wird. Die von den Forschern modifizierte Version minimiert die Ladungsableitung und ermöglicht die Abscheidung von dickenbegrenzten Filmen, deren Fläche im Laufe der Zeit wächst. Das wird als selbstlimitierende Elektrospray-Abscheidung (SLED) bezeichnet. Die endgültige Schichtdicke auf allen Oberflächen hängt nur vom Abstand zur Sprühnadel ab. Die Position der Nadel auf dem Objekt oder die Ausrichtung des Objekts hat selbst keinen Einfluss auf den Beschichtungsprozess von SLED.

Ergänzende Nachbearbeitungsmethode für 3D-gedruckte Strukturen

Es zeigte sich, dass das SLED als ergänzende Nachbearbeitungsmethode auf 3D-gedruckte Strukturen anwendbar ist. Das Forscherteam arbeitet jetzt an SLED-fähigem Zubehör für 3D-Drucker, mit dem die 3D-Objekte bestenfalls vollautomatisch mit funktionalen, schützenden oder ästhetischen Farbschichten beschichtet werden können. Mit dem Zubehör soll ein viel dünnerer und gezielter Farbauftrag ermöglicht werden mit weniger Materialeinsatz. Geplant sind Oberflächen, die ihre Eigenschaften anpassen oder chemische Reaktionen auslösen. Dadurch würden Farben erzeugt werden, die ihre Umgebung erfassen und Reize an eine Bordelektronik melden können. Vor etwas mehr als einem Jahr haben wir einen 3D-gedruckten Becher mit Goldnanopartikeln vorgestellt, der seine Farbe wechselt. Über die weiteren Entwicklungen zu diesem und weiteren 3D-Druckverfahren berichten wir regelmäßig im 3D-grenzenlos Magazin-Newsletter (hier abonnieren).

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