Hong Kong Universität erforscht 4D Keramik Druck

Es gibt bereits 4D Druckverfahren für die additive Fertigung, aber alle stecken noch in den Kinderschuhen, so hat die Rutgers Universität, USA bereits Gel entwickelt, welches die Form in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur ändern kann. Die Hong Konger Stadtuniversität CityU hat unter Leitung von Professor Lu Jian eine Tinte entwickelt, die es ermöglicht selbst veränderbare keramische Objekte herzustellen. Auch diese Forschung ist noch nicht ausgereift, hat aber großes Potenzial im Elektronik- und Raumfahrtsektor.

Wenn in der additiven Fertigung von 4D Verfahren die Rede ist, spricht man von einem Objekt, welches sich durch unterschiedliche Bedingungen ändern kann, dazu zählt die Zeit, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht oder Magnetismus. In diesem Fall wird die keramische Tinte durch Temperatur behandelt, um ihre endgültige Form zu erhalten. Die Forscher verwenden eine Mischung aus Polymeren und keramischen Nanopartikel um eine elastische Form zu drucken. Dieses Modell ist nur aufgrund der Nanopartikel so elastisch, weil diese bis auf ihre dreifache Anfangslänge gedehnt werden können.

Aufgrund der Elastizität können komplexe Formen erzeugt werden, sogar Origami ähnliche Faltungen können realisiert werden. Sobald die Form feststeht wird das Modell wärmebehandelt, wodurch die Keramik erstarrt. Es entsteht Keramik welches mechanisch robust ist mit einem guten Druckfestigkeits-Dichte-Verhältnis.

“Der ganze Prozess klingt einfach, ist es aber nicht”, erläutert Professor Lu, der Vizepräsident und Vorsitzende des Lehrstuhls für Maschinenbau bei CityU. “Von der Tintenherstellung bis hin zur Entwicklung des Drucksystems haben wir viele verschiedene Methoden ausprobiert. So wie beim Drücken von Sahne auf eine Torte, gibt es viele Faktoren, die das Ergebnis beeinflussen können, von der Art der Creme und der Größe der Düse über die Geschwindigkeit und Stärke des Auspressens bis hin zur Temperatur. “

Unterschiedliche Verfahren der Formgebung

Das Forschungsteam arbeitet bereits seit 2,5 Jahren an dem Prozess und hat zwei Methoden entwickelt um die Keramik zu bearbeiten, bei der ersten Methode verwenden sie eine Streckvorrichtung um zunächst eine Vorstufe des Keramiks in Form zu bringen und verbinden eine zweite Schicht, um diese mit Hilfe von Hitze erstarren zu lassen. Bei der zweiten Variante wurde nur eine Schicht der Tinte verwendet und diese durch ein Computerprogramm in die gewünschte Form gebracht.

CityU sieht großes Potenzial des Verfahrens in der Elektronik, speziell im Handybau, wo die Formen immer komplexer werden. Aufgrund der Temperaturbeständigkeit und mechanischen Belastbarkeit wird auch eine Zukunft in der Luft- und Raumfahrt gesehen. Bevor das Produkt aber Serienreif ist müssen die mechanischen Eigenschaften genau getestet werden und die Sprödheit verbessert werden.