Home Forschung & Bildung ETH Zürich: Metallische Mikroobjekte 3D-gedruckt

ETH Zürich: Metallische Mikroobjekte 3D-gedruckt

Forscher an der ETH Zürich in der Schweiz haben eine neue 3D-Druck-Methode entwickelt, mit der Objekte auf der Mikrometerskala aus mehreren Metallen und mit hoher räumlicher Auflösung hergestellt werden können.

3D-Druck ermöglicht die Konstruktion von Strukturen, die mit anderen Fertigungsverfahren so nicht möglich wären. Das gilt auch für den mikroskopischen Bereich. Bei der Herstellung von metallischen Strukturen auf der Mikrometerskala mit additiver Fertigung gab es bisher eine Schwachstelle.

Bisher wurde primär mit Tinten gearbeitet. Hier wurde das gewünschte Material als Nanopartikel in einer Suspension durch eine Druckdüse auf eine Oberfläche aufgebracht. Das hat den Vorteil, dass durch diese Methode viele verschiedene Materialen verabeitet werden können.

Es gibt auch einen Nachteil. Bei der Nachbearbeitung durch Erhitzung wird das Material porös. Dadurch wird das Metall weniger leitfähig und mechanisch weniger stabil.

Aus diesem Grund haben Forscher der ETH-Zürich eine neue Möglichkeit gefunden. Forscher um den Professor Ralph Spolenak haben gemeinsam mit Dimos Poulikakos sowie Renato Zenobi eine Methode entwickelt bei dem sogar zwei Metalle gleichzeitig verarbeitet werden.

Statt auf Tinte wird auf das Drucken mit Ionen gesetzt

Statt auf einem tintenbasierenden Druck setzen die ETH-Wissenschaftler den direkten Weg. Die ETH-Zürich erklärt das in einem Artikel folgendermaßen:

Das Metall wird nun nicht mehr als Nanopartikel abgeschieden, sondern in Form von elektrisch geladenen Metallionen transportiert. Diese werden in der Druckdüse durch Anlegen einer elektrischen Spannung aus einer «Opferanode» gewonnen, die aus dem entsprechenden Metall besteht. Die Ionen werden dann in einem Lösungsmittel durch elektrische Kräfte auf die zu bedruckende Oberfläche gesprüht, wo sie ihre Ladung verlieren und sich wieder zum Metall zusammenfügen.

Laut den Forschern sind die so gedruckten Metalle dicht und weisen elektrische und mechanische Eigenschaften auf, die denen von traditionell hergestellten Dünnfilmen ähnlich sind. Dabei bietet das neue Druckverfahren eine Auflösung von 250 Nanometern bei einer Druckgeschwindigkeit von zehn Voxeln pro Sekunde. Das Verfahren ist schneller als bisherige Druckverfahren.

Die Ergebnisse der Forschung wurde im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht. Das Paper mit dem Titel „Multi-metal electrohydrodynamic redox 3D printing at the submicron scale“ wurde von Alain Reiser, Marcus Lindén, Patrik Rohner, Adrien Marchand, Henning Galinski, Alla S. Sologubenko, Jeffrey M. Wheeler, Renato Zenobi, Dimos Poulikakos und Ralph Spolenak verfasst. Der Artikel kann hier abgerufen werden.

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