© Dr. Jian Lin 3D printing lab June 3, 2024. Sam O’Keefe/University of Missouri
Der Herstellungsprozess mehrschichtiger Produkte wie Sensoren ist aktuell kompliziert, braucht viele Arbeitsschritte und belastet die Umwelt mit Abfallprodukten. Doch damit könnte bald Schluss sein: Forschende um Bujingda Zheng von der University of Missouri haben eine Maschine konstruiert, die in der Lage ist, unterschiedliche Materialien in einem Produktionsschritt miteinander zu verknüpfen.
Die neue Technik nennt sich „Freeform Multi-material Assembly Process“, („Prozess des multimateriellen Zusammenfügens“) kurz FMAP. Sie ist nicht nur einfacher als alle bisherigen Methoden, die Produktion geht auch schneller und ist damit deutlich günstiger. Der neuartige 3D-Drucker kombiniert Metall, Plastik und andere Stoffe wie Halbleiter zu komplexen Sensoren, die vielseitig einsetzbar sind. Hauptfunktionsmerkmale sind drei Komponenten: eine Düse für tintenähnliches Material, ein Laser zum Schneiden, Brennen und Formen und eine Kanüle zum Hinzufügen sonstiger Materialien.
Hier im Bild zu sehen ist der neue 3D-Drucker in Aktion. Er vereint Technologien des klassischen 3D-Drucks mit der Lasertechnologie. Ein Druckvorgang gliedert sich in drei Teile: Erst wird die Grundstruktur aus einem Plastikfilament mittels 3D-Druck hergestellt, welches dann im zweiten Schritt mit dem Laser beschossen wird. Durch diese Bestrahlung entsteht sogenanntes „Laser-induziertes-Graphen“, das unter anderem als Leiter fungieren kann. Zum Schluss können, wie im Baukasten, zusätzliche Materialien wie LEDs oder UV-Sensoren angeschlossen werden, die trotz des direkten Drucks eine hohe Stabilität, schnelle Reaktion und akkurate Funktion aufweisen.
Weitere Verbesserungen der Apparatur wie ein Ausbau des Lasersystems für eine noch größere Genauigkeit (genauer als 100 µm Linienbreite) sollen noch kommen.
In Zukunft wird es mithilfe dieser Technik für Firmen deutlich leichter sein, Prototypen ihrer Produkte herzustellen. So gedruckte Geräte können beispielsweise wie Steine oder Muscheln aussehen und in der Naturforschung zur Messung von Temperaturveränderungen oder Druckbedingungen genutzt werden. Auch Kleidungsstücke, in welche elektronische Bestandteile eingearbeitet sind und die damit Gesundheitsdaten wie den Blutdruck tracken können, sind denkbar. „Das ist das erste Mal, dass so ein Prozess genutzt wird und es eröffnet neue Möglichkeiten“, sagt Zheng.
