Forscher entwickeln Methode zum 3D-Druck von Kapton

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Wissenschaftler der Virginia Tech Universität in den USA haben einen neuen Weg gefunden um Polyimide (PI), bekannt unter dem Handelsnamen Kapton von DuPont, mit dem 3D-Drucker zu verarbeiten. 

Polyimide sind chemisch und hochtemperaturbeständige Materialien, die unter anderem zur Isolierung von Raumfahrzeugen und Satelliten zum Einsatz kommen. Optisch sieht dieses Material ähnlich wie Goldfolie aus, mit der einzelne Satellitenkomponenten umwickelt sind. Zudem kommen Polyimide auch in elektronischen Geräten wie beispielsweise Smartphones oder Fernsehern zum Einsatz.

Aufgrund seiner molekularen Struktur ist das Material schwer in anderen Formen als dünnen Folien herzustellen. Über ein Jahr lang hat ein Forscherteam des College of Engineering und Science der Virginia Tech eine Form des Materials entwickelt, die für 3D-Druckverfahren herangezogen werden kann. Dabei wurden Makromoleküle so synthetisiert, dass sie stabil genug für den 3D-Druck bleiben und gleichzeitig ihre thermischen Eigenschaften beibehalten. Mit diesem Durchbruch ist nun möglich, Polyimide in jeder Form, Größe und Struktur einzusetzen.

„Traditionelle Verarbeitungswege haben es Technikern bisher nur ermöglicht dünne Folien aus diesen Materialien einzusetzen, erklärt Christopher Williams, Associate Professor am Department für Mechanical Engineering. „Durch die Möglichkeit dieses Material jetzt am 3D-Drucker zu verarbeiten, können wir mit dem Design und Druck von viel komplexeren 3D-Formen beginnen, was es uns erlaubt die Vorteile des Materials in einem viel breiteren Anwendungsspektrum zu nutzen.“

Derzeit in der additiven Fertigung eingesetzte Polymere verfügen nicht über die Festigkeit und Steifheit über einen breiten Temperaturbereich, der in der Raumfahrt vorherrscht. Das neue Material behält seine Eigenschaften bis zu einer Temperatur von über 360°C. Die Hitzebeständigkeit ist sogar bis zu 550°C gegeben.

„Wir können nun das am höchsten temperaturbeständige Polymer drucken – mit einer Wärmeformbeständigkeit die 140°C über der von derzeit druckbaren Polymer-Materialien liegt,“ fügt Williams hinzu.“Zudem hat das 3D-gedruckte Material eine gleich hohe Festigkeit wie traditionelle Kapton-Folie.“

Im Bereich des Satellitenbaus sieht Williams den Einsatz für speziell designte Strukturen, die eine optimierte Strömung ermöglichen und gleichzeitig als Hochtemperatur-Filter fungieren.

Die Studie mit dem Titel „3D Printing All-Aromatic Polyimides using Mask-Projection Stereolithography: Processing the Nonprocessable“ wurde im Fachjournal Advance Materials veröffentlicht.