Ein Forschungsprojekt der Penn State Universität in Zusammenarbeit mit der Michigan State University erhält eine Förderung in Höhe von 4,2 Millionen Euro durch das U.S. Department of Defense (DoD). Das berichtet die PennState. Ziel des Projekts ist es, Hochleistungskeramiken für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich mittels 3D-Druck herzustellen. Diese Materialien müssen extremen Temperaturen und schnellen Temperaturwechseln standhalten können, was bisherige Herstellungstechnologien erschwert.
Das Team unter der Leitung von Robert Hickey, Associate Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der Penn State, und Michael Hickner, Professor an der Michigan State University, will eine Methode entwickeln, bei der Keramiken mit Hilfe von Laserlicht statt großer Wärmeeinwirkung hergestellt werden können. Der Fokus liegt darauf, Keramikmaterialien aus Polymer-Vorläufern zu produzieren, die leichter zu verarbeiten sind.
Neue Ansätze für Hochleistungskeramiken
Bisher erfordert die Umwandlung von Polymer-Vorläufern in Keramik hohe Temperaturen, was einen erheblichen Energieaufwand darstellt. Zudem geht in diesem Prozess oft bis zu 50 % des Ausgangsmaterials verloren.
Hickey erklärte:
„Das große Problem bei der Herstellung von Keramiken sind die hohen Temperaturen und der Energieaufwand. Insbesondere der präzise 3D-Druck dieser Materialien gestaltet sich derzeit als äußerst schwierig.“
Das Team plant, mithilfe intensiver Laserstrahlen chemische Reaktionen im Vorläufermaterial auszulösen, die das Material ohne großflächige Erwärmung schnell zu Keramik verdichten. Dies könnte nicht nur den Energieaufwand verringern, sondern auch den präzisen 3D-Druck dieser Materialien ermöglichen.
Kooperation zwischen führenden US-Universitäten
Neben der Penn State und der Michigan State University sind auch das Massachusetts Institute of Technology (MIT) und die University of Southern California (USC) an dem Projekt beteiligt. Das Forschungsteam wird neuartige Vorläufermaterialien entwickeln und verschiedene Verfahren zur lichtbasierten Keramikumwandlung untersuchen. Computergestützte Analysen sollen dabei helfen, die chemischen Reaktionspfade besser zu verstehen und neue Polymermaterialien zu entwerfen.
Ein weiteres Ziel des Projekts ist es, die Anwendung dieser Materialien in Bereichen wie dem Bau von Hyperschallfahrzeugen voranzutreiben, die extremen Temperaturen standhalten müssen.
Adri van Duin, Professor für Maschinenbau an der Penn State und Co-Leiter des Projekts, betont:
„Dieses Programm eröffnet neue Möglichkeiten für die additive Fertigung keramischer Materialien, die bei sehr hohen Temperaturen stabil bleiben, wie Wolframcarbid und Siliziumkarbide.“
Das Projekt soll in den kommenden fünf Jahren durchgeführt werden und soll maßgeblich zur Weiterentwicklung der 3D-Drucktechnologie für Hochleistungskeramiken beitragen.
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