MIT und Harvard Wissenschaftler entwickeln 3D-Druckmaterialien mit regelbarer Porosität

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Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Harvard Universität haben ein Material aus Keramikschaum entwickelt, mit dem sich am 3D-Drucker Objekte mit regelbarer Porosität herstellen lassen. Dabei haben sich die Wissenschaftler von Gras inspirieren lassen. 

Gras verfügt trotz seiner einfachen Form über eine interessante Struktur, die es ermöglicht sein eigenes Gewicht zu tragen, starken Windböen Stand zu halten und sich wieder aufzurichten, nachdem es zusammengedrückt wurde. Diese robusten mechanischen Eigenschaften werden durch die Kombination einer hohlen Makrostruktur sowie einer porösen, zellulären Mikrostruktur ermöglicht.

Basierend auf diesem Wissen haben die Forscher einen 3D-Druckprozess und Material entwickelt, mit dem sich Objekte mit individuell regulierbarer Porosität herstellen lassen. Der Keramikschaum, der von Professor Jennifer Lewis und ihrem Team entwickelt wurde, besteht aus Aluminiumoxid-Partikeln, Wasser und Luft. Damit lassen sich am 3D-Drucker zelluläre Mikrostrukturen mit größeren zellulären Makrostrukturen herstellen. Nachdem das Material ausgehärtet ist, entstehen Strukturen bestehend aus Luft umgeben von Keramik. Diese poröse Struktur verleiht den Objekten Eigenschaften, die sie sonst nicht hätten.

“By expanding the compositional space of printable materials, we can produce lightweight structures with exceptional stiffness,” erklärt Lewis.

Das Forscherteam hat verschiedene hexagonale und dreieckige Wabenstrukturen mit individuell festgelegter Geometrie, Dichte und Steiftheit gedruckt.

Joseph Muth, Erstautor der Studie die in Proceedings of the Natural Academy of Science veröffentlicht wurde, erklärt, dass so multifunktionale Materialien mit verschiedenen optimierten Eigenschaften in einem Schritt hergestellt werden können:

“We can now make multifunctional materials, in which many different material properties, including mechanical, thermal, and transport characteristics, can be optimized within a structure that is printed in a single step.“

Dieses Verfahren und Material könnte angewendet werden und leichte Strukturmaterialien, thermische Isolierungen oder Zellträger für Gewebe zu produzieren.

Während sich die Wissenschaftler bei dieser Studie auf Keramik konzentriert haben, könnten diese Art von Schaum-Materialien auch aus Metallen oder Kunststoffen hergestellt werden.