Materialwissenschaftlerinnen der ETH-Zürich wollen Salzdrucken marktfähig machen

Die Materialwissenschaftlerinnen Nicole Kleger und Simona Fehlmann der ETH-Zürich haben ein 3D-​Druckverfahren entwickelt, mit dem sie Salzvorlagen herstellen, die sie mit anderen Materialien füllen können. Dadurch entstehen zum Beispiel hochporöse Leichtmetall-​Bauteile. Als Pioneer Fellows versuchen sie nun, dieses Verfahren in die Industrie zu übertragen.

Erst kürzlich haben die Materialwissenschaftler:innen erstmals mit einem 3D-Druckermit Salz ein Gerüst erstellt, das sie anschliessend mit flüssigem Magnesium befüllten. Nachdem das Leichtmetall ausgekühlt und hart geworden war, wuschen die Forschenden das Salzgerüst aus – fertig war ein Objekt aus hochporösem Magnesium, das sich beispielsweise als bioabbaubares Knochenimplantat eignen würde.

Nun legen die Erstautorin der damaligen Studie, Nicole Kleger und ihre frühere Masterstudentin Simona Fehlmann, eine weitere Publikation in der Fachzeitschrift Advanced Material zu diesem Thema vor. Zusammen mit einem interdisziplinären Team verfeinerten und veränderten sie das Verfahren so, dass sie komplexere Salzgerüste mit noch feineren Poren herstellen können.

Statt eines extrusionsbasierten Druckers, der über eine feine Düse dünne Salzpasten-Würstchen gitternetzartig ausdruckt, verwendeten die Forscher:innen um Kleger und Fehlmann ein Stereolithografiegerät und eine Tinte basierend auf Salzpartikeln. Um diese Tinte lichtempfindlich zu machen, mischten ihr die Materialwissenschaftlerinnen entsprechende Monomere bei. Diese verbinden sich zu Polymeren, sobald Licht auf sie trifft, und werden dadurch hart. So können Schicht für Schicht komplexe Strukturen geschaffen werden. Das so erzeugte Salzgerüst dient dann als formgebendes Negativ, das mit einem anderen Material ausgefüllt wird.

Die vorgefertigten Strukturen befüllten die Materialwissenschaftlerinnen dieses Mal nicht nur mit Magnesium, sondern auch mit Aluminium, Karbonverbundmaterial und Kunststoff. Mit ihrem neuen Verfahren können die Forscherinnen nicht nur viel komplexere Objekte herstellen, sondern auch die Porengrösse von 0,5 Millimeter auf 0,1 Millimeter senken.

Anfang Juli haben Kleger und Fehlmann jetzt ein Pioneer Fellowship begonnen. Ein Jahr haben sie Zeit, um aufzuzeigen, ob sich die Technologie kommerziell umsetzen lässt.

Kommerzieller Einsatz des Salzdrucks

Die beiden Forscherinnen haben bereits mehrere konkrete Ideen für die Kommerzialisierung. Eine Anwendung könnten Kieferimplantate sein. «Verliert man einen Zahn, baut sich der Kieferknochen darunter sehr schnell ab», erklärt Kleger. Um ein Zahnimplantat einsetzen zu können, müsse der Knochen zuvor wieder aufgebaut werden. Dafür verwenden Chirurg:innen derzeit Knochenmaterial von der Hüfte, was einen zweiten operativen Eingriff erfordert. Eine Alternative könnten maßgeschneiderte Knochenimplantate aus Magnesiumlegierungen sein, in die knochenbildende Zellen einwandern können und die sich mit der Zeit wieder abbauen. Mit ihrem Verfahren könnten Kleger und Fehlmann genau solche Implantate herstellen.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit sehen die beiden Jungunternehmerinnen bei der Raumfahrt. Bei der Raumfahrt zählt jedes Gramm, weshalb Leichtmetallbauteile, die mithilfe des 3D-Druck-Verfahrens gefertigt werden, für den Einsatz an Raumschiffen oder Raketen geeignet seien.

Weitere Informationen zu der Arbeit der Forscherinnen findet man in der Arbeit “Light-Based Printing of Leachable Salt Molds for Facile Shaping of Complex Structures“. Der Artikel basiert auf einer Meldung der ETH-Zürich.