Mechnano optimiert 3D-Druckmaterialien mit Kohlenstoff-Nanoröhren – Interview mit Dr. Olga Ivanova

Das in Arizona ansässige Unternehmen Mechnano erzielt bedeutende Fortschritte im Bereich der additiven Fertigung durch die Weiterentwicklung der Werkstofftechnologie, insbesondere im Bereich der Verbundwerkstoffe auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren (Carbon Nanotubes, CNT). Das von Scott Gillette und Steven Lowder mitbegründete Unternehmen konzentriert sich auf die Anwendung seiner proprietären CNT-Technologie zur Verbesserung der Leistung von Polymeren für die additive Fertigung. In einem Interview mit 3Druck.com teilt Dr. Olga Ivanova, Director of Technology, ihr Fachwissen über Kohlenstoff-Nanoröhren und hebt deren Vorteile für die Optimierung von 3D-gedruckten Teilen hervor.

Mechnano ist ein entscheidender Vorstoß gelungen, bei dem Kohlenstoff-Nanoröhren mit Hilfe von Material-Jetting- und Vat-Photopolymerisationssystemen in Teile integriert wurden. Dies ermöglicht die Herstellung von Teilen mit verbesserter Schlag- und Reißfestigkeit, erhöhter Zugfestigkeit und effektiven elektrostatischen Entladungseigenschaften (Electrostatic Discharge, ESD). Die firmeneigene Technologie D’Func spielt bei diesen Fortschritten eine entscheidende Rolle, indem sie einzelne, dispergierte und funktionelle Kohlenstoff-Nanoröhren in AM-Materialien einbaut und so deren mechanische Eigenschaften deutlich verbessert.

Der Anwendungsbereich von AM-Werkstoffen wird durch diesen innovativen Ansatz erweitert. D’Func verbessert wichtige Materialeigenschaften und bietet dadurch Vorteile in einer Vielzahl von Anwendungen, insbesondere in Branchen, die robuste, leistungsstarke Materialien benötigen, wie z. B. die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und die Elektronik.

Da die Nachfrage nach beständigeren und funktionelleren AM-Materialien steigt, positioniert sich Mechnano durch seine kontinuierliche Schwerpunktsetzung auf Forschung und Entwicklung als Vorreiter bei der Integration von Nanotechnologie und 3D-Druck und verschiebt die Grenzen dessen, was auf diesem Gebiet erreicht werden kann.

Interview mit Mechnanos „Dr. O“

Im Interview mit 3Druck.com erläutert Olga „Dr. O“ Ivanova, Director of Technology bei Mechnano, die Bedeutung der Weiterentwicklung von Materialien für die Additive Fertigung, um die Designflexibilität, Leistung und Effizienz in allen Branchen zu verbessern. Sie hebt das Potenzial von Materialien wie Kohlenstoff-Nanoröhren hervor, trotz der Herausforderungen bei der Dispersion und den Kosten, und betont, dass die laufenden Innovationen in der Materialwissenschaft das Wachstum und die Auswirkungen der Additiven Fertigung weiter vorantreiben werden, von der Luft- und Raumfahrt bis zum Gesundheitswesen, mit einem Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und kundenspezifischen Anwendungen.

Welche Bedeutung hat Ihrer Meinung nach die Entwicklung und Verbesserung von Materialien für additive Fertigungsverfahren?

Die Bedeutung der kontinuierlichen Verbesserung von Materialien für AM-Verfahren kann gar nicht hoch genug eingeschätzt werden. Die Additive Fertigung hat die Fertigungsindustrie mit ihrer unvergleichlichen Designflexibilität, Kosteneffizienz und den Möglichkeiten des Rapid Prototyping verändert. Die Verbesserung von Werkstoffen wie Polymeren, Metallen und Keramiken, die in der Additiven Fertigung verwendet werden, eröffnet neue Möglichkeiten für die Herstellung komplizierter Geometrien, leichter Strukturen und kundenspezifischer Teile mit außergewöhnlichen mechanischen, thermischen oder elektrischen Eigenschaften.

Die Entwicklung neuer Materialien für AM erweitert die Möglichkeiten und das Anwendungspotenzial der Technologie erheblich. Durch die Entwicklung neuer und die Optimierung bestehender Werkstoffe kann die Industrie AM für eine breitere Palette von Produkten einsetzen. Durch Forschung und Entwicklung in der Materialwissenschaft stellen wir sicher, dass AM weiterhin Innovation, Effizienz und Nachhaltigkeit in verschiedenen Sektoren fördert.

Welche Vorteile bietet die Einbindung von Kohlenstoff-Nanoröhren in 3D-Druckmaterialien, und welche Herausforderungen können dabei auftreten?

Die Einbindung von Kohlenstoff-Nanoröhren in AM-Materialien kann erhebliche Vorteile bringen, z. B. eine verbesserte Leistung und die Einführung neuer Eigenschaften wie Leitfähigkeit. Die Zugabe von Kohlenstoff-Nanoröhren kann die mechanische Festigkeit, die Wärmeleitfähigkeit und die elektrischen Eigenschaften der hergestellten Komponenten verbessern. Dies wiederum schafft Möglichkeiten für vielfältige Anwendungen in verschiedenen Branchen, von der Luft- und Raumfahrt bis zur Elektronik.

Dieser Prozess ist jedoch auch mit einigen Herausforderungen verbunden. Eine große Hürde ist die Notwendigkeit, die Kohlenstoffnanoröhren effektiv zu entwirren und im gesamten Material zu dispergieren, um ihre positiven Eigenschaften zu maximieren und ihre Stabilität zu gewährleisten. Eine gleichmäßige und stabile Dispersion ist entscheidend, um konsistente Ergebnisse zu erzielen und Schwachstellen im Endprodukt zu vermeiden. Darüber hinaus stellen die Kosten für Kohlenstoffnanoröhrchen nach wie vor eine Herausforderung dar, da es sich um relativ teure Materialien handelt. Die Abwägung zwischen Leistungsvorteilen und Kostenerwägungen wird ein wichtiger Aspekt sein, wenn Kohlenstoffnanoröhren auf praktische und wirtschaftliche Weise in AM-Materialien integriert werden sollen.

Die Additive Fertigung hat sich in den letzten Jahren weiter entwickelt. Welche Innovationen oder technologischen Durchbrüche sind Ihrer Meinung nach auf Seiten der Materialien besonders wichtig?

In den letzten Jahren gab es bemerkenswerte Fortschritte bei den Werkstoffen im Bereich der Additiven Fertigung, die die Möglichkeiten und das Anwendungspotenzial der Technologie erweitert haben. Verbundwerkstoffe haben im AM-Sektor ein erhebliches Wachstum erfahren, wobei mit Kohlenstoff-, Glas- und Kevlarfasern verstärkte Materialien sowie kohlenstoffhaltige Nanomaterialien wie Kohlenstoffnanoröhren und Graphen an Popularität gewonnen haben. Einer meiner Favoriten ist der Diamantverbundwerkstoff von Sandvik für den 3D-Druck, der sich durch eine bemerkenswerte Härte auszeichnet. 

Die Nachfrage nach weichen und flexiblen Elastomermaterialien in der künstlichen Intelligenz hat stark zugenommen und zu einem erheblichen Wachstum in der Branche geführt. Viele Unternehmen haben eine Vielzahl weicher und flexibler Materialien auf den Markt gebracht, um die Bedürfnisse der Verbraucher-, Medizin- und Industriesektoren zu befriedigen. Diese Materialien sind aufgrund ihrer starken und widerstandsfähigen Eigenschaften sehr gefragt und eignen sich daher ideal für Anwendungen wie Schuhe, orthopädische Einlagen und andere Produkte. Ein herausragendes Beispiel ist die innovative Arbeit von Chromatic 3D, die die beeindruckenden Fortschritte in diesem Bereich demonstriert. 

Darüber hinaus wurde in jüngster Zeit der Schwerpunkt auf die Verwendung wiederverwertbarer Materialien gelegt, insbesondere von Harzen, die aus biologisch erzeugten Materialien gewonnen werden, um der wachsenden Nachfrage nach umweltverträglichen Produktionsverfahren gerecht zu werden. 

Die Vielfalt der Materialien, die jetzt für AM zur Verfügung stehen, hat erheblich zugenommen. Während Polymere nach wie vor dominieren, hat die Einführung neuartiger Metalle, Keramiken und Gläser für AM-Prozesse deutlich zugenommen. 

Welchen Einfluss wird die Additive Fertigung Ihrer Meinung nach in den kommenden Jahren auf verschiedene Branchen und möglicherweise auf die Gesellschaft insgesamt haben?

Die Additive Fertigung hat sich bereits in verschiedenen Branchen etabliert und wird auch in Zukunft einen großen Einfluss haben. So werden beispielsweise personalisierte Prothesen, Implantate und zahnmedizinische Produkte in großem Umfang im Gesundheitswesen und in der Medizintechnik eingesetzt. Fortschritte bei der Verarbeitung von lebendem Gewebe haben das Potenzial, die Transplantationsmedizin zu revolutionieren. Ein weiteres Beispiel ist die Luft- und Raumfahrt- sowie die Automobilindustrie, die AM nutzen, um leichtere Komponenten herzustellen und so die Treibstoffeffizienz zu verbessern. Die Einführung der AM-Technologie in Bildungseinrichtungen hat das Potenzial, die MINT-Ausbildung zu verbessern und Innovationen zu fördern.

Die Additive Fertigung spielt eine entscheidende Rolle bei den Bemühungen um Nachhaltigkeit, zumal sich viele Materialhersteller jetzt auf die Herstellung umweltfreundlicher Rohstoffe konzentrieren. Das Aufkommen neuer, auf AM ausgerichteter Berufe wie Design for Additive Fertigung (DfAM) und Werkstoff- und Verfahrensspezialisten verdeutlicht die gesellschaftlichen Auswirkungen dieses Bereichs. 

Obwohl die AM-Technologie ein großes Potenzial aufweist, muss man sich darüber im Klaren sein, dass ihre Auswirkungen nicht sofort in vollem Umfang sichtbar sein werden. Für eine breite Akzeptanz in allen Sektoren müssen noch zahlreiche Hindernisse beseitigt werden. Ich bin optimistisch, dass die AM-Industrie diese Herausforderungen erfolgreich meistern wird.

Hier finden Sie weitere Informationen über Mechnano.