3D-Druck: Niederländische Forscher drucken extrem dünnen Metallturm

3D-Druck: Niederländische Forscher drucken extrem dünnen Metallturm

von Tobias Finger

Viele 3D-Drucker arbeiten nur mit Plastik. Nun erste Versuche mit Metall als Kunststoffersatz geglückt.

3D-Drucker versprechen die Revolution der Fertigungsindustrie, doch bislang sind ihren Möglichkeiten häufig noch enge Grenzen gesetzt. Ein Team der Universität Twente in Enschede hat jetzt dazu beigetragen, eine dieser Grenzen zu sprengen und seine Erkenntnisse im Fachjournal Advanced Materials veröffentlicht.

Während die allermeisten 3D-Drucker nur mit Plastik als Rohstoff arbeiten können, druckten die niederländischen Forscher ganze Strukturen aus Metall. Nachdem ein Team aus Harvard-Wissenschaftlern mit ihrem Voxel8 schon Schaltkreise in Plastikobjekte „eindruckte“, geht die Entwicklung der Enscheder Forscher den nächsten Schritt.

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Tropfen für Tropfen entstehen solide StrukturenMit einem pulsierenden Laser gelang es ihnen, dünne Metallfilme aus Kupfer oder Gold in Mikrometer-große Tröpfchen zu schmelzen. Sobald diese kleinsten Tropfen flüssig sind, lösen sie sich vom Rest des Films und fallen auf ein Trägermaterial, wo sie wieder erstarren. Ein Fortschritt zum bisherigen 3D-Metall"druck", bei dem Metallpulver mit Lasern ausgehärtet wurde.

Durch gezieltes Schmelzen können die Wissenschaftler die Stelle des Auftreffens kontrollieren und dadurch jede vorstellbare Form aus Metall drucken. In ersten Versuchen erschufen sie simple Metallstäbchen und Kupferleitungen. Grundsätzlich ist die innovative Technologie aber quasi grenzenlos einsetzbar.

Hochintensiver Laser sorgt für ausreichend Geschwindigkeit...Lediglich der eingesetzte Laser muss stark genug sein. Ist dessen Intensität nicht hoch genug, reicht die Geschwindigkeit der sich lösenden Metalltröpfchen nicht aus. Denn nur, wenn die einzelnen Tropfen schnell genug auf dem Trägermaterial aufschlagen, formen sie sich zu flachen Scheiben.

Diese Scheibenform ist wiederum essentiell für den 3D-Druck mit Metall: Nur, wenn die Tropfen auf der Grundlage flach und rund sind, ist ein genaues Stapeln der einzelnen Tropfen möglich, was für die Stabilität des Druckerzeugnisses unabdingbar ist. Werden schwächere Laser verwendet, bleiben die Tropfen auch nach dem Auftreffen kugelförmig, was das Endprodukt zerbrechlich macht - und damit ungeeignet für Einsätze bei denen das Metall kleine, besonders stabile Verbindungen schaffen soll.

... und Fehleranfälligkeit beim DruckenJedoch machen starke Laser die Technologie aktuell leider noch fehleranfällig. So kann die enorme Energie zu fehlerhaften Richtungen im Flug der kleinen Metalltropfen führen, sodass sie knapp neben der gewünschten Stelle auf der Grundlage auftreffen.

Vollkommen zuverlässig ist der Metall-Druck also noch nicht. Das ändert aber nichts daran, dass die neue Technologie den Weg des 3D-Drucks zur universellen Fertigungstechnik weiter ebnet. Je mehr die Minifabriken drucken können, desto alltagstauglicher werden sie. Und desto praktischer und umweltfreundlicher wird die Manufaktur der Zukunft.

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