Forschern der Tsinghua University gelingt es die Textur von 3D-Druck-Objekten mit porösen Oberflächen nachzubilden

Forscher der Tsinghua University haben eine inverse Designmethode entwickelt, mit der sie die Textur poröser Oberflächen auf 3D-gedruckten Strukturen verbessern können. Dabei entstanden Dreiecke und Bänder in Mikrometergröße, um ein Gitter zu schaffen, auf dem Oberflächenstrukturen aufgebaut werden können. Ihre Arbeit haben die Forscher in einem Artikel mit dem Titel „Programming 3D curved mesosurfaces using microlattice designs“ im Fachjournal Science vorgestellt.

Oberflächenvariabilität aus der Natur nicht reproduzierbar

In der Natur entstehen einzigartige poröse Oberflächenstrukturen durch die Anordnung von Zellen. Es ist unmöglich, den bemerkenswerte Grad an Oberflächenvariabilität mit einzigartigen sichtbaren Merkmalen und spezifischen Eigenschaften, wie zum Beispiel wasserabweisend, mit der gegenwärtigen 3D-Druck-Technologie nachzubilden. Mit seinen Forschungen und Versuchen kam das Team der Nachahmung allerdings jetzt einen Schritt näher. Es hat eine Möglichkeit entwickelt, Strukturen nahezu reproduzierbar herzustellen. Die Forscher bildeten die Anordnung der Zellen nach, indem sie digitale Gitter aus winzigen Dreiecken und Bändern erstellten. Auf ihre inverse Designmethode (Theorie der gekrümmten Balkenverformung) folgte die Entwicklung einer Anwendung, um mithilfe ihrer digitalen Gitter gewünschte Formen zu erzeugen.

Sie brachten der Anwendung bei, solche Formen mit einem maschinellen Lernalgorithmus zu erstellen und sendeten das fertige Produkt an einen 2D-Drucker. Dieser druckte ein Muster auf eine Basis, die in 3D-Formen gefaltet werden konnte. Damit war es möglich, unzählige Strukturen mit hochporösen Oberflächen herzustellen.

Zu Demonstrationszwecken erstellten sie strukturierte Objekte wie Kugeln, aber auch kompliziertere Objekte wie eine Paprika, eine Ameise und einen Oktopus. Die erstellten Objekte konnten sie aus verschiedensten Materialien herstellen, wie zum Beispiel einkristallines Silizium, Metalle, Chitosan und lasergeschliffenes Graphen. In ein Gerüst, das in Form einer Kontaktlinse angefertigt wurde, konnten sie Sensoren einbetten. Außerdem verwendeten sie die Struktur, um die elektrischen Eigenschaften von Neuronen im Augenhintergrund zu untersuchen. Bleiben Sie mit einem Abonnement über weitere Neuigkeiten aus der Forschung oder anderen Bereichen des 3D-Drucks auf dem Laufenden. Abonnieren Sie ihn hier: Zum Newsletter anmelden – 3D-grenzenlos Magazin.

Video zur Designmethode der Forscher