Forscher der Rice University in Texas haben mithilfe von 3D-Druck eine neue Methode zur Herstellung komplexer Graphitstrukturen entwickelt. Dabei kommt das Direct Ink Writing (DIW)-Verfahren zum Einsatz. Die Details der Studie wurden in der Forschungsarbeit mit dem Titel „Three-dimensional printing of complex graphite structures“ veröffentlicht.
Herausforderungen des 3D-Drucks mit Graphit
Graphit gilt als eines der nützlichsten Allotrope von Kohlenstoff und hat eine ganze Reihe von industriellen Anwendungen. Mit seiner geschichteten 2D-Atomstruktur ist das Material ein wichtiger Bestandteil mehrerer Hochleistungsschmierstoffe. Graphit bietet auch eine ausgezeichnete thermische und chemische Stabilität, wodurch es den extremen Umgebungsbedingungen standhält, die z. B. für Kernreaktorkerne erforderlich sind.
Dank seiner notorisch hohen elektrischen Leitfähigkeit eignet sich das Graphit auch perfekt für die Herstellung von Batterien, elektrischer Kontakte und sogar flexibler Elektronik. Aufgrund der Herausforderungen der Hochtemperaturverarbeitung und der inhärenten Sprödigkeit des Materials war es mit herkömmlichen Synthesemethoden jedoch äußerst schwierig, komplexe geometrische Teile aus Graphit herzustellen – ein Problem, das mit dem 3D-Druck gelöst wurde.
Frühere Versuche zum 3D-Druck mit Graphit bestanden in der Regel darin, eine pulverförmige Form des Materials in eine Polymermatrix zu integrieren. Mit Hilfe der Extrusionstechnologie lassen sich dann zwar mechanisch einwandfreie Strukturen erzeugen, aber die resultierenden Verbundwerkstoffe enthalten oft nur weniger als 50 % Graphit. Daher konnten 3D-gedruckte Graphitteile bisher nicht wirklich die elektrischen und thermischen Eigenschaften bieten, die reinen Graphit so begehrenswert machen.
Erfolgreicher 3D-Druck mit 97% Graphitanteil
Um das Problem anzugehen, entwickelten die Wissenschaftler nun eine 3D-druckbare Tinte aus Graphitpulver und winzigen Mengen Ton, der als Bindemittel fungierte und dafür sorgt, dass die Graphitflocken in der resultierenden Kompositfarbe gleichmäßig verteilt wurden. Durch das Hinzufügen des Nanotons in die Graphittinte wurde auch die Viskosität des Materials stark erhöht, so dass die 3D-druckbare Tinte auch bei Raumtemperatur über Direct Ink Writing extrudierbar ist. Die hochkonzentrierte Graphittinte weist eine Reinheit von bis zu 97 % auf.
Alle Testobjekte, die während der Studie gedruckt wurden, wiesen eine hervorragende Strukturstabilität auf und konnten trotz ihrer geometrischen Komplexität ihr Eigengewicht tragen. Selbst nach der Lufttrocknung konnten die Teile ihre ursprünglichen Formen mit einer verbesserten Energieaufnahmefähigkeit im Vergleich zu einer reinen Graphittinte beibehalten. Im 3D-grenzenlos Magazin erhalten Sie auch zukünftig alle Neuigkeiten auf der Kategorieseite zu den Forschungen zum 3D-Druck sowie regelmäßig neu im 3D-grenzenlos Magazin-Newsletter (jetzt abonnieren).
