Schweizer Forscher geben Einblicke in den 3D-Keramikdruck

Wissenschaftler des Paul Scherrer Instituts (PSI) in der Schweiz haben erstmals Mikroaufnahmen vom schichtweisen 3D-Druck einer Keramik angefertigt. Die Tomografie-Aufnahmen zeigen den Vorgang im Innern und helfen so, die vielversprechende Technologie zu verbessern.

Beim 3D-Druck wird ein Werkstück schichtweise aus Pulver oder Flüssigkeit aufgebaut. Metalle und Kunststoffe werden oft mit dem Laser-Pulverbett-Schmelzverfahren gedruckt. Dabei verfestigt ein Laserpunkt das Pulver der jeweiligen Schicht.

Keramiken zu drucken ist laut den PSI-Forschern eine größere Herausforderung. Um den Prozess zu untersuchen, drehten die Wissenschaftler eine keramische Probe während des Druckvorgangs und zeichneten dies mittels schneller Röntgenmikroskopie auf.

Um ein Auseinanderdriften durch die Zentrifugalkraft zu verhindern, verwendeten die Forscher ein magnetisches Pulver. Trotz 50 Umdrehungen pro Sekunde gelangen so 100 3D-Aufnahmen pro Sekunde.

Laut den Wissenschaftlern war erstmals die Schmelzzone in 3D sichtbar. Je nach Laserleistung verhielt sie sich anders als erwartet. Zudem beobachteten die Forscher die Poren- und Hohlräume beim Abkühlen.

Die Ergebnisse sollen helfen, den 3D-Druck von Keramik weiterzuentwickeln. Laut den PSI-Forschern hat die Technologie großes Potenzial für die Herstellung komplexer keramischer Bauteile. Weitere Experimente mit höherer Auflösung seien geplant.

Die Ergebnisse wurden in Communications Materials in dem Paper “Operando tomographic microscopy during laser-based powder bed fusion” (DOI: 10.1038/s43246-023-00401-3) publiziert. Die Autoren und Autorinnen sind: M. Makowska, F. Verga, S. Pfeiffer, F. Marone, C. Chang, C. Schlepütz, K. Florio, K. Wegener, T. Graule und S. Van Petegem.