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Forscher der ETH Zürich haben eine neue 3D-Drucktechnologie namens SonoPrint entwickelt, die Schallwellen nutzt, um Mikropartikel in dreidimensionalen Strukturen präzise anzuordnen. Das Verfahren kombiniert volumetrisches 3D-Drucken mit akustischer Manipulation und ermöglicht die Herstellung von Verbundwerkstoffen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften.
Die Technik verwendet Ultraschallwellen, um Mikropartikel aus Glas, Metall oder Polystyrol in einem lichtempfindlichen Harz anzuordnen. Durch die Steuerung der Schallwellen können verschiedene Muster wie parallele Linien, Kreise oder Sechsecke erzeugt werden. Anschließend wird das gesamte Volumen in wenigen Minuten mittels Projektion von Lichtbildern ausgehärtet.
Die Wissenschaftler testeten verschiedene Partikelgrößen von 1 bis 250 Mikrometern. Je nach Konfiguration der Ultraschallwandler konnten Linienabstände zwischen 0,46 und 0,96 Millimetern erzeugt werden. Mechanische Tests zeigten, dass Proben mit ausgerichteten Partikeln eine um 46 Prozent höhere Zugfestigkeit aufwiesen als solche mit zufällig verteilten Partikeln.
Ein Vorteil des Verfahrens ist die Unabhängigkeit von den elektrischen oder magnetischen Eigenschaften der Partikel. So lässt sich eine größere Bandbreite an Materialien verarbeiten als bei bisherigen Techniken zur Partikelausrichtung im 3D-Druck.
Die Forscher sehen Anwendungsmöglichkeiten in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und der Gewebezüchtung. Als nächsten Schritt planen sie, selektive Muster in verschiedenen Bereichen eines Bauteils zu erzeugen, um dessen Eigenschaften weiter zu optimieren.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht. Die Technologie befindet sich noch im Forschungsstadium, könnte aber in Zukunft neue Möglichkeiten für die Herstellung maßgeschneiderter Verbundwerkstoffe eröffnen.
