3D-Druck mit unterschiedlichen Materialien

Komplexe Objekte entstehen an der University of Missouri in nur einem einzigen Arbeitsgang

Neuer Multi-Materialien-3D-Drucker bei der Arbeit (Foto: Sam O'Keefe, missouri.edu)

Columbia (pte014/25.06.2024/11:30) - Mit einem einzigen 3D-Drucker hat Jian "Javen" Lin zusammen mit seiner Doktorandin Bujingda Zheng von der University of Missouri ( https://missouri.edu/ ) Objekte aus unterschiedlichen Materialien hergestellt - wie Leiterplatten aus Kunststoff und Kupfer, eingebettete Sensoren und sogar Textilien mit integrierter Elektronik. "Freeform Multi-Material Assembly Process" nennen die Forscher ihr Verfahren. "Es wird weitreichende Auswirkungen auf tragbare Sensoren, anpassbare Roboter, medizinische Geräte und mehr haben", sagt Lin.

Inspiriert von der Natur

Derzeit ist die Herstellung einer mehrschichtigen Struktur - wie etwa einer Leiterplatte - ein mühsamer Prozess, der mehrere Schritte und Materialien erfordert. Diese Verfahren sind kostspielig, zeitaufwendig und können Abfälle erzeugen, die die Umwelt belasten. Die neue Technik ist nicht nur besser für den Planeten, sie ist auch von Systemen inspiriert, die in der Natur vorkommen.

"Alles in der Natur besteht aus unterschiedlichen strukturellen und funktionellen Materialien. Zitteraale zum Beispiel haben Gräten und Muskeln, mit denen sie sich bewegen können. Sie haben aber auch spezialisierte Zellen aus einem ganz anderen Material, die Stromschläge austeilen können, um Feinde abzuschrecken. Diese biologischen Beobachtungen haben uns dazu inspiriert, neue Methoden für die Herstellung von 3D-Strukturen mit multifunktionalen Anwendungen zu entwickeln", so Zheng.

Drei Düsen, ein Laserstift

Das Ergebnis ist eine Maschine mit drei verschiedenen Düsen, aus denen unterschiedliche Materialien gepresst werden. Zunächst entsteht wie in einem normalen 3D-Drucker eine Grundstruktur, beispielsweise aus Polycarbonat. Das ist ein transparenter thermoplastischer Kunststoff. Ein Laser "schreibt" in dieses Material Strukturen, die sich in Graphen verwandelt, das elektronische Funktionen erfüllt. Schließlich werden weitere Komponenten hinzugefügt, die die Funktionalität verbessern.

"Unsere Maschine ist sicher auch für andere Forscher interessant. Aber ich glaube, dass vor allem Unternehmen sie nutzen werden, um beispielsweise Prototypen von geplanten Produkten zu bauen. Das verkürzt die Herstellungszeiten, weil alles in einem Arbeitsgang geschieht", unterstreicht Lin.

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