4D gedruckte Keramik

An der City University of Hong-Kong haben Wissenschaftler eine keramische Tinte für additive Prozesse entwickelt, mit der sich komplexe, aber formveränderliche Strukturen im 3D-Druck umsetzen lassen. Da durch den besonderen Fertigungsprozess weitere strukturgebende Qualitäten hinzugefügt werden können, ergeben sich nach Aussagen der Entwickler besondere Anwendungspotenziale. Die Innovation wird dem 4D-Drucken zugeordnet.

Verformung durch Kraft, Temperatur oder ein Magnetfeld

Die Verarbeitungsqualitäten gehen auf die besondere Zusammensetzung einer Polymermischung unter Hinzufügen keramischer Nanopartikel zurück, die von einem Team rund um Jian Lu in Hong-Kong entwickelt wurde. Die keramische Masse wird zunächst in einem 3D-Druckprozess schichtweise verarbeitet, bis die gewünschte Geometrie des Grünlings vorliegt. Dieser kann im Anschluss bis auf das Dreifache gedehnt werden, ohne dass das Material reißt. Unter Einwirkung äußerer Kräfte, eines magnetischen Feldes oder durch Temperaturänderung formen die Wissenschaftler den Rohling um und nutzen die gespeicherte Energie für den sich anschließenden Morphing-Prozess. Wird der gestreckte Grünling von der äußeren Kraftbeaufschlagung befreit, findet eine Rückbesinnung des Materials statt und es kommt je nach Geometrie zu gerollten, gedrehten und gefalteten Bereichen. Diese kann das Forscherteam gezielt im sich anschließenden Brennprozess fixieren.

Auf diese Weise wurden einige hochinteressante keramische Geometrien mit künstlerischem Potenzial geschaffen. Da Keramiken vor allem in der Elektronik als Isolatoren oder im Kontext elektromagnetischer Signalübertragung eingesetzt werden, suchen die Wissenschaftler zunächst hier nach Marktpotenzialen für das Verfahren. Es würde sich aber auch zur Herstellung von Antriebskomponenten im Flugzeugbau eignen, da Keramiken großen Temperaturdifferenzen standhalten. Deshalb arbeiten die Wissenschaftler derzeit an der Reduzierung der Bruchanfälligkeit des Materials nach dem Brand, damit sich industrielle Einsatzfälle schneller erschließen lassen.

Forschungsbericht unter: www.advances.sciencemag.org/content/4/8/eaat0641