Forscher entwickeln 3D-Druck-Verfahren für Hochleistungskeramiken bei niedrigen Temperaturen

Ein Forscherteam unter der Leitung der Penn State University arbeitet an einem neuen Verfahren zur Herstellung von Hochleistungskeramiken mittels 3D-Druck. Das vom US-Verteidigungsministerium mit 4,5 Millionen Dollar geförderte Projekt zielt darauf ab, keramische Materialien bei deutlich niedrigeren Temperaturen zu produzieren als bisher möglich.

Robert Hickey, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaften an der Penn State, erklärt das Hauptproblem: “Die hohen Temperaturen und der hohe Energiebedarf bei der Keramikherstellung sind derzeit ein großes Hindernis, besonders für den 3D-Druck.” Herkömmliche Verfahren erfordern eine Erhitzung des gesamten Materials, was zu Materialverlusten von bis zu 50% und Veränderungen der Bauteilgeometrie führen kann.

Der Ansatz des Forscherteams nutzt Hochleistungslaser, um chemische Reaktionen in Polymer-Vorläufermaterialien auszulösen. Diese Methode soll eine schnelle Verdichtung zu gehärteten Keramiken ohne großflächige Erhitzung ermöglichen. “Wir untersuchen, wie wir Polymere mittels Licht in Keramiken umwandeln können, mit dem Endziel, Hochleistungskeramiken im 3D-Druck herzustellen”, so Hickey.

Das Projekt kombiniert experimentelle und theoretische Ansätze. Die Ergebnisse fließen in Simulationen ein, die wiederum die Entwicklung neuer Polymer-Vorläufer vorantreiben sollen. Benjamin Lear, Professor für Chemie an der Penn State, betont die Bedeutung des interdisziplinären Teams: “Penn State, Michigan State, MIT und USC sind ideale Partner in dieser Arbeit und verfügen bereits über bestehende Verbindungen zwischen Computational- und Experimentalforschern in diesem Team.”

Die Forschung könnte erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung fortschrittlicher Hyperschallfahrzeuge haben. Adri van Duin, Professor für Maschinenbau an der Penn State, erläutert: “Dieses Programm wird neue Wege zum additiven Fertigen von keramischen Materialien über eine Reihe von Hochtemperatur-Metallkarbiden und siliziumbasierten Keramiken eröffnen.”