Forscher der Virginia Polytechnic Institute and State University haben erfolgreich Piezokristalle mit einem 3D-Drucker verarbeitet. Dafür wurde eine piezoelektrische Tinte entwickelt, mit denen hochempfindliche Kristallgitter entstehen können. Die additive Verarbeitung von Piezokristallen ermöglicht interessante Anwendungsbereiche.

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Ein Forscherteam der Virginia Polytechnic Institute and State University konnte mit einem 3D-Drucker Piezokristalle herstellen. Laut einer Pressemeldung gelang dem Assistenzprofessor für Mechanik, Xiaoyu „Rayne“ Zheng und seinem Team der Durchbruch bei der additiven Verarbeitung von piezoelektrischen Material. Die additiv gefertigten Kristalle reagieren auf Stöße, Bewegungen und Druck aus allen Richtungen und wandeln dies in elektrische Energie um.

Möglichkeiten

Das neue Verfahren erlaubt allerlei Formen und Größen. Alle derart hergestellten Bauteile können als Sensoren, Energiespeicher und Schwingungsmesser eingesetzt werden. Bei natürlichen Piezokristallen steht die Position der Atome fest, weshalb Kräfte nur dann ihre Wirkung entfalten, wenn sie aus einer bestimmten Richtung kommen.

Die Struktur der natürlichen Kristalle wurde von den Forschern nachgebaut und um eine Gitterstruktur erweitert. In der Folge wurde die Richtungsorientierung aufgehoben. Es seien Zheng zufolge piezoelektrische Tinten entwickelt worden, mit denen hochempfindliche Kristallgitter hergestellt werden könnten.

Piezoelektrische Tinte

Die Tinten werden schichtweise aufgetragen und an den Stellen, die übrig bleiben sollen, mit UV-Licht ausgehärtet. In den Tintentropfen befinden sich Nanokristalle aus piezoelektrischem Material. Diese liegen in einer Flüssigkeit, die auf UV-Licht reagiert. Wie Zheng in der Presseerklärung ausführt, können dicke, leichte, steife und energieabsorbierende Kristalle gefertigt werden.

Anwendungsbereiche

Eine Integration in Kleidung und Sportzubehör sei möglich. Zum Beispiel könnten Sensoren in Brücken verbaut werden, die Strukturschwächen erkennen und eine rechtzeitige Reparatur ermöglichen. Britische Wissenschaftler untersuchten die Gitterstrukturen von Objekten aus dem 3D-Drucker, um bis zu sieben mal stärkere Objekte zu drucken. Deutsche Forscher des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelten 2017 eine löschbare Tinte für den 3D-Druck.

Piezoelektrisches Gitter aus dem 3D-Drucker
Ein Forscherteam der Virginia Polytechnic Institute and State University konnte mit einem 3D-Drucker Piezokristalle herstellen (Bild © H. Cui/Zheng Lab).

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