Schweizer Forschern der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt Empa ist es gelungen, Silica-Aerogel im 3D-Druckverfahren zu verarbeiten und so dem Material bessere Eigenschaften für den Einsatz im kleinen Maßstab zu verleihen. Mithilfe des 3D-Drucks einer hauchdünnen Lotusblüte aus Silica-Aerogel stellten die Forscher ihre Methode unter Beweis und eröffnen so zahlreichen Bereichen neue Anwendungsmöglichkeiten.

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Silica-Aerogele sind leicht und poröse Schäume, die sehr gut isolieren. Für den Einsatz im kleinen Maßstab waren sie bisher weniger brauchbar, da sie rasch brechen und ein Aerogel-Block schlecht bearbeitbar ist. Die Schweizer Eidgenössische Materialprüfungsanstalt (Empa) konnte jetzt Aerogele mithilfe des 3D-Drucks für die Mikroelektronik und die Feinmechanik zugänglich machen. So wäre sie in Bereichen wie der Mikroelektronik, Robotik, Biotechnologie und Sensorik einsetzbar. In einer Arbeit mit dem Titel „Additive manufacturing of silica aerogels“ veröffentlichten sie ihre bisherigen Ergebnisse im Fachmagazin „Nature“, das im August erschien. Forscher des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) stellten 2017 ein Verfahren für den 3D-Druck von Glas vor.

Details zum 3D-Druck von Silica-Aerogel

Lotusblüte aus Aerogel
Aufgrund der hydrophoben Eigenschaften und geringen Dichte des Silica-Aerogels schwimmt die Blüte auf der Wasseroberfläche (Bild © Empa).

Die Silica-Aerogele haben nach dem 3D-Druck sogar verbesserte Eigenschaften, was sie für die Medizintechnik und andere Anwendungen im kleinen Maßstab interessant macht. Die entstandenen Strukturen aus Silica-Aerogel sind bis zu 0,1 mm dünn. Das verwendete Silica-Aerogel hat eine Wärmeleitfähigkeit bei knapp 16 mW/(m*K). Das 3D-gedruckte Material lässt sich besser bohren und fräsen, wodurch neue Möglichkeiten zur Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Aerogel-Formteilen entstehen.

Mit der neuen Methode, die inzwischen zum Patent angemeldet wurde, können selbsttragende Strukturen und hauchdünne Membranen gedruckt werden. Als Beispiel druckten sie eine sehr feine Lotusblüte aus dem Material. Aufgrund der hydrophoben Eigenschaften und geringen Dichte des Silica-Aerogels schwimmt die Blüte auf der Wasseroberfläche. Der Druck von komplexen 3D-Multimaterial-Mikrostrukturen ist auch möglich.

Einsatzmöglichkeit

Kleinste elektronische Bauteile könnten mit solchen Strukturen einfach voneinander thermisch isoliert werden. Bei einem temperaturempfindlichen Bauteil und dem thermischen Management eines lokalen „Hot Spots“ gelang ihnen das bereits. Ein weiteres Anwendungsbeispiel wäre die Abschirmung von Wärmequellen im Inneren medizinischer Implantate, die eine bestimmte Temperatur nicht übersteigen dürften. Die Forscher aus der Schweiz wollen mit Industriepartnern 3D-gedruckte Aerogel-Strukturen in neue Hightech-Anwendungen integrieren.

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