Forscher der University of New York at Buffalo und des MIT haben ein ferroelektrisches Metamaterial für den SLA-3D-Druck entwickelt. Die Ferroelektrizität bezieht sich auf kristalline Substanzen mit spontaner elektrischer Polarisation, die durch ein elektrisches Feld reversibel ist. Das Material eignet sich unter anderem für fortschrittliche Anwendungen wie akustische Abschirmungen, Stoßdämpfer oder einem verbesserten Schutz empfindlicher Elektronik vor äußeren mechanischen Einflüssen.

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Ein Team aus Forschern der University of New York at Buffalo und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben laut einer Pressemitteilung ferroelektrisches Metamaterial für den SLA-3D-Druck mit Photopolymerisation entwickelt. In einem Artikel mit dem Titel „A 3D-printed molecular ferroelectric metamaterial“ beschreiben die Forscher die Ergebnisse ihrer Arbeit. Das entwickelte Komposit-Harz soll günstigere synthetische Materialien ermöglichen.

Was sind ferroelektrische Metamaterialien

3D-Gitter aus ferroelektrischem Metamaterial
Ein Forscherteam aus den USA entwickelte ferroelektrisches Metamaterial (im Bild: ferroelektrisches 3D-Gitter) (Bild © University of New York at Buffalo).

Was sind Metamaterialien? Metamaterialien sind Materialien, die so konstruiert wurden, dass sie Eigenschaften besitzen, die in natürlich vorkommenden Materialien nicht vorhanden sind.

Die Ferroelektrizität bezieht sich auf kristalline Substanzen mit spontaner elektrischer Polarisation, die durch ein elektrisches Feld reversibel ist. Forscher arbeiten seit Jahrzehnten an kostengünstigen ferroelektrischen Metamaterialien, die leicht an elektronische und mechanische Geräte anpassbar sind. Vor einem Jahr haben wir die Arbeit von Forschern der ETH Zürich vorgestellt, die mikroskopisches 3D-Druckverfahren für multimaterielle Elektronik entwickelt haben.

Anwendungsbereiche

Das neue ferroelektrische Material der US-Forscher kann für fortschrittliche Anwendungen wie akustische Abschirmungen wie für den Schallschutz von Flugzeugen oder Anwendungselektronik verwendet werden. Außerdem sind Stoßdämpfer, elastische Umhänge und andere Dinge denkbar, die empfindliche elektronische Systeme vor äußeren mechanischen Störungen schützen.

Kontinuierliche Rapid-Printing-Strategie

In ihrer Arbeit zeigen die Forscher eine kontinuierliche Rapid-Printing-Strategie für die volumetrische Aufbringung von wasserlöslichen, molekularen ferroelektrischen Metamaterialien. Mit einer elektrofeldunterstützten additiven Fertigung gelingt ihnen präzise räumliche Kontrolle in nahezu jeder 3D-Geometrie.

Die Forscher sind außerdem in der Lage, ein gerüstgestütztes ferroelektrisches kristallines Gitter anzufertigen, das Selbstheilung und reprogrammierbare Steifheit für die dynamische Abstimmung von nachhaltigen, langlebigen mechanischen Metamaterialien ermöglicht. Die molekulare ferroelektrische Architektur mit resonanten Einschlüssen zeigt die adaptive Abschwächung von einfallenden, vibroakustischen dynamischen Lasten über eine elektrisch abstimmbare Subwellenlängen-Frequenz-Bandlücke.

3D-gedruckte Objekte mit ferroelektrischem Metamaterial
Das 3D-Gitter kann so gedruckt werden, dass es Selbstheilung und reprogrammierbare Steifheit ermöglicht (im Bild: Timeline des Selbstheilungsprozesses in Minuten) (Bild © University of New York at Buffalo).

Die Metamaterialien bieten eine einzigartige Plattform, um die Kontrolle über Schallausbreitung und die Manipulation von Schallwellen zu erreichen. Mit dem Ergebnis des Forscherteams wird der Weg zur Herstellung molekularer ferroelektrischer Metamaterialien mit dem 3D-Drucker geebnet. Abweichungen würden sich noch korrigieren lassen, selbst wenn das Material noch gedruckt wird.

Video: Details zum 3D-Druck mit dem molekularen ferroelektrischen Metamaterials

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