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Keramik aus dem 3D-Drucker : Die vierte Dimension

Weltwunder in 4D: Ein gedrucktes Keramik Modell der Oper in Sydney Bild: City University of Hong Kong

Fortschritt beim 3D-Druck: Dank einer speziellen Tinte und einer Origamitechnik lassen sich nun auch komplex geformte Gebilde aus keramischen Materialien aus einem Guss fertigen.

          Ob Kunststoffe, Metalle, Halbleiter, Glas oder organische Substanzen  – mit den 3D-Druckverfahren lassen sich mittlerweile aus fast allen gängigen Materialien vielerlei kunstvoll geformte Objekte fertigen. Die Verarbeitung von Keramik, ein aufgrund seiner Härte und Hitzebeständigkeit bei Werkstoffforschern geschätztes Material, erwies sich bislang jedoch als schwierig. Der hohe Schmelzpunkt erschwerte es, keramische Stoffe in flüssiger Form als Tinte auf eine Oberfläche zu sprühen und mit einem Laserstrahl auszuhärten. Komplex geformte dreidimensionale Gebilde ließen sich somit nur schwer drucken oder nachträglich in die gewünschte Form bringen.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Diese Schwierigkeit haben nun chinesische Wissenschaftler von der City-Universität in Hongkong mit einer speziellen Keramiktinte – einer Mixtur aus winzigen Zirkondioxidpartikeln und einem flüssigen Kunststoff – sowie mit einer speziellen Origamitechnik behoben. Wie Jian Lu und seine Kollegen in der Zeitschrift „Science Advances“ berichten, druckten sie mit ihrer Spezialtinte zunächst einen flachen elastischen Rohling mit einer besonderen Gewebestruktur auf eine Unterlage.

          Dieser bestand je nach zu fertigendem Objekt aus mehreren Schichten.  Das Material wurde danach mechanisch gedehnt und an bestimmten Stellen mit Streben und Scharnieren mit der  gleichen Tinte bedruckt. Als die Forscher den gestreckten Rohling von den Zugkräften befreiten, rollte er sich von selbst ein, faltete sich zusammen oder verdrillte sich wie eine Schraube. Anschließend wurde das verformte Material erhitzt, das sich sodann in eine feste Keramik verwandelte.

          Die Forscher um Li sind mit ihrem Verfahren – sie nennen es 4D-Druck, weil  es den 3D-Drucktechik um die vierte Dimension, die Zeit, erweitert – und ihrer Spezialtinte in der Lage, neben einfach geformten Keramikbauteilen auch komplexere 3D-Modelle zu drucken und zu falten: etwa eine Rose, einen Schmetterling, ein Kleid und die Oper in Sydney. Die neue Bearbeitungsmöglichkeit für keramische Werkstoffe eröffnet potentielle Anwendungen in der Elektronik und in der Luft- und Raumfahrt.

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