Home Forschung & Bildung Forscher schaffen durch 3D-gedruckte Eisstrukturen mikroskopische Hohlräume

Forscher schaffen durch 3D-gedruckte Eisstrukturen mikroskopische Hohlräume

Forschern der Carnegie Mellon University ist es gelungen, ein schnelles und reproduzierbares Herstellungsverfahren zu entwickeln, das das Potential hat, die 3D-Druckwelt zu verändern. Mittels 3D-Druck von Eisstrukturen könnten zukünftig Opferschablonen erstellt werden, die später Leitungen oder andere offene Merkmale im Inneren eines Modells freilegen können.

Derzeit ist eines der größten Probleme in dem Miniatur-3D-Druck der Umgang mit Stützstrukturen.Das Level an Detail ist zwar grundsätzlich vorhanden, doch selbst kleinste Strukturen benötigen Stützen.

Akash Garg, Doktorand im Fachbereich Maschinenbau, und Saigopalakrishna Yerneni, Postdoktorand im Fachbereich Chemieingenieurwesen, entwickelten das Verfahren. Ihre Studien führten sie unter der Leitung von Burak Ozdoganlar, Philip LeDuc und Phil Campbell, Professoren für Maschinenbau und Biomedizintechnik, durch.

„Mit unserem 3D-Eisverfahren können wir mikroskalige Eisschablonen mit glatten Wänden und verzweigten Strukturen mit glatten Übergängen herstellen. Diese können anschließend zur Herstellung von mikroskaligen Teilen mit gut definierten inneren Hohlräumen verwendet werden“, so Garg.

Am häufigsten vorkommende Substanz auf der Erdoberfläche

Es mag zuerst wild klingen, doch Wasser eignet sich prefekt für diese Aufgabe. Aus der Sicht der Forscher hat es ein hohes natürliches Vorkommen, es ist das biokompatibelste Material der Welt, und es hat einen schnellen Phasenübergang von flüssig zu fest.

„Es gibt nichts Biokompatibleres als Wasser“, sagt Garg.

Das Team bedient sich der „Reverse-Molding“ Technologie, bei der sie die Eisstrukturen als Opferschablonen verwenden. Die Eistrukturen werden in flüssiges oder gelartiges Strukturmaterial getaucht und anschließend ausgehärtet. Das Wasser wird danach entfernt, entweder durch verflüssigen oder durch die Umwandlung in Wasserdampf.

Zur Ausstoßung von Wassertropfen (Durchmesser = 50 µm), wird eine kalte Tintenstrahldüse verwendet, die auf -35 ◦C gehalten wird. Zudem wird die Bauplattform mit dem Tropfenaussstoß synchonisiert, so dass komplizierte Eisstrukturen gedruckt werden können.

Besondere Komplexizität hat die Einstellung der Druckparameter hervorgebracht. Es mussten zuerst viele Studien druchgeführt werden, die den Druckpfad, die Geschwindigkeit der Bewegungsphasen und die Tröpfchenfrequenzen bestimmen sollten.

„Die Kontrolle so vieler Parameter war eine Herausforderung“, erklärt Garg. „Wir haben die Komplexität schrittweise gesteigert.“

„Dies ist eine erstaunliche Leistung, die spannende Fortschritte bringen wird“, kommentierte Ozdoganlar. „Wir glauben, dass dieser Ansatz ein enormes Potenzial hat, das Tissue Engineering und andere Bereiche zu revolutionieren, in denen Miniaturstrukturen mit komplexen Kanälen benötigt werden, wie z. B. in der Mikrofluidik und Soft-Robotik.“

Das Team

Das Team bestand aus Forschern verschiedener Fakultäten, wie es häufig an der Carnegie Mellon vorkommt. Diese interdisziplinären Teams bringen allerdings auch einen großen Vritel bei solchen technischen und biologischen Herausforderungen.

„Eine der wunderbaren Seiten von Carnegie Mellon ist es, Menschen aus vielen verschiedenen Disziplinen zusammenzubringen, um neue Ansätze zu entwickeln und Probleme auf einzigartige Weise zu lösen, und genau das ist hier geschehen, um diese aufregenden Ergebnisse zu entwickeln“, sagte LeDuc.

Würdigung von Lee Weiss

Für die Forscher war das Projekt nicht nur für die Additive Fertigung von Relevanz. Lee Weiss († 30. Juni 2021), ehemaliger Professor am College of Engineering und der School of Computer Science sowie Gründungsmitglied des Carnegie Mellon’s Robotics Institute, konstruierte ursprünglich das hochauflösende 3D-Drucksystem.

Die vollständige Arbeit finden Sie hier.

Mehr über die Carnegie Mellon University finden Sie hier.

close

Wöchentlicher 3Druck.com Newsletter

Keine News mehr versäumen: Wir liefern jeden Montag kostenlos die wichtigsten Nachrichten und Informationen zum Thema 3D-Druck in Ihr Postfach.

Wir senden keinen Spam! Mit dem Absenden des Formulars akzeptieren Sie unsere Datenschutzbestimmungen.

Keine News mehr versäumen!

Wir liefern wöchentlich kostenlos die wichtigsten Nachrichten und Informationen zu dem Thema 3D-Druck in Ihr Postfach. HIER ANMELDEN.