3D-Druck mit Mikrotröpfchen ermöglicht es natürliche Materialien zu imitieren

Wissenschaftler der Washington State University (WSU) habe eine neuartige 3D-Drucktechnologie entwickelt, die es ermöglicht die Struktur eines Materials von der Nanoskala bis hin zu Zentimetern zu kontrollieren. So entstehen komplexe Strukturen, die natürlichen Materialien wie Holz oder Knochen sehr ähnlich sind.

Bei dem Verfahren werden nebelähnliche Mikrotropfen, die Nanopartikel aus Silber beinhalten, mit dem Aerosol Jet 300 3D-Drucker von Optomec präzise aufgetragen. Nachdem der Nebel verdunstet, bleibt lediglich eine poröse und stabile Nanostruktur mit einer großen Oberfläche zurück.

Associate Professor Rahul Panat und sein Team vom Institut für Mechanik und Werkstofftechnik an der WSU verwendeten für ihre Versuche Silber, da es sich einfach damit arbeiten lässt. Jedoch können laut Panat mit dieser Methode auch alle anderen Materialien gedruckt werden, die sich in Nanopartikel zerkleinern lassen – dies ist mit beinahe allen Materialien möglich.

Inspiration aus der Natur

Inspirieren lassen hat sich das WSU-Team von Sandrosen, auch Wüstenrosen genannt, die in einem natürlichen Prozess in den Wüsten von Westafrika entstehen. Dabei formen kleine Nebeltröpfchen die Sulfur enthalten eine blumenähnliche Struktur nach dem Verdunsten.

Das entwickelte Verfahren könnte für eine Reihe von industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Derzeit entwickeln die Forscher detaillierte, poröse Anoden und Kathoden für Batterien. Diese könnten die derzeit verwendeten, soliden Strukturen ersetzen und  deren Geschwindigkeit sowie Kapazität durch den Einsatz von neuen oder Hochenergie-Materialien signifikant erhöhen. Panat erklärt weiter:

“This is a groundbreaking advance in the 3-D architecturing of materials at nano- to macroscales with applications in batteries, lightweight ultrastrong materials, catalytic converters, supercapacitors and biological scaffolds. This technique can fill a lot of critical gaps for the realization of these technologies.”

Die Studie mit dem Titel “Three-dimensional microarchitected materials and devices using nanoparticle assembly by pointwise spatial printing” wurde im Journal Science Advances veröffentlicht.

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