3D-Drucker Weekly Buzz: Mai 2024, Ausgabe 3

1. Revolutionierung des 3D-Drucks von Metallen mit Bornitrid-Nanoröhren für höhere Festigkeit

Professor Changhong Ke vom Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science der Binghamton University erforscht einen neuartigen Ansatz zur Nutzung von Oxidation zur Verstärkung additiv gefertigter Metalle, die in korrosiven Umgebungen normalerweise anfällig für Fehler sind. Kes Forschung wird durch ein 150.000-Dollar-NSF-EAGER-Stipendium finanziert und konzentriert sich auf die Einarbeitung von Bornitrid-Nanoröhren in 3D-gedrucktes Aluminium. Diese Nanoröhren, die häufig in Produkten wie Kosmetika und Zahnzement vorkommen, könnten möglicherweise dazu führen, dass sich das Aluminium in Gegenwart von Feuchtigkeit und Meerwasser selbst verstärkt.

( Bildnachweis: Jonathan Cohen)

Die innovative Idee besteht darin, den normalerweise schädlichen Oxidationsprozess in einen verstärkenden Mechanismus umzuwandeln. Kes Team wird hochauflösende Rasterelektronenmikroskopie einsetzen, um zu beobachten, wie sich die Oxidation auf die Bindung zwischen Nanoröhren und Metall auswirkt, indem es einzelne Nanoröhren aus dem oxidierten Metall herauszieht, um die Wechselwirkungen zu untersuchen. Dieser als „Sandwichstruktur“ beschriebene Prozess soll zeigen, wie die Oxidation die Steifigkeit, Festigkeit und Zähigkeit des Metalls verbessern könnte.

Mitarbeiter der University of Illinois werden die experimentellen Ergebnisse mit Computermodellen untermauern. Das ultimative Ziel ist es, die wissenschaftliche Perspektive auf die Metalloxidation zu verändern, was möglicherweise das Materialdesign für 3D-gedruckte Metalle revolutionieren und die Wettbewerbsfähigkeit der US-Produktion verbessern könnte.

2. MAMA BEAR-Roboter erreicht 75 % Energieeffizienz bei der Absorption von 3D-gedruckten Strukturen

Ein Roboter namens MAMA BEAR, der von einem Team des College of Engineering der Boston University entwickelt wurde, nutzt maschinelles Lernen durch künstliche Intelligenz und 3D-Druck, um eine Form mit den effizientesten energieabsorbierenden Eigenschaften zu erstellen. Der Roboter erstellt Kunststoffstrukturen, zerdrückt sie, um die Energieabsorption und Formveränderungen zu messen, zeichnet die Daten in einer Datenbank auf und verbessert seine Designs kontinuierlich. Ziel ist es, Strukturen zu schaffen, die Energie effizient absorbieren können, ohne geschützte Objekte zu beschädigen.

Die aktuelle Version des Roboters hat eine rekordverdächtige Effizienz von 75 % bei der Energieabsorption erreicht. Die gesammelten Daten werden zur Entwicklung neuer Helmpolster für US-Soldaten verwendet. Die Forscher planen, mit Wissenschaftlern aus verschiedenen Bereichen zusammenzuarbeiten, ihr System weiter zu verbessern, Anwendungsmöglichkeiten der gesammelten Daten zu erkunden und an Recyclingmaterialien für weitere Experimente zu arbeiten.

3. Contourage Table von Studio TOOJ: Nachhaltiges Design mit 3D-gedrucktem Sand in Mailand präsentiert

Studio TOOJ stellte auf der Mailänder Designwoche den Konsolentisch Contourage vor, ein hellblaues Stück mit Holzmaserung aus 3D-gedrucktem Sand, das innovative und nachhaltige Designmethoden demonstriert.

(Bildquelle dezeen)

Der Contourage-Tisch wird aus 3D-gedrucktem Sand im Binder-Jetting-Verfahren hergestellt, was nachhaltiges Design betont. Beim Binder-Jetting wird lokal gewonnener Quarzsand mit einem flüssigen Bindemittel überzogen, wodurch das Objekt Schicht für Schicht aufgebaut wird. Das Bindemittel besteht aus Furanharz, das aus Biomasse wie Maishülsen, Reishülsen und Zuckerrohr gewonnen wird. Der Tisch weist ein Holzmaserungsmuster auf, das durch strategisches Auftragen des Bindemittels entsteht und ihm ein organisches Gefühl verleiht. Der Tisch ist hellblau gesprüht, was aufgrund seiner beruhigenden Wirkung und optischen Attraktivität im Kontrast zu den Sandkörnern gewählt wurde. Der Sand kann nach dem Ende der Lebensdauer des Tisches wiederverwendet werden, da das Bindemittel und das Epoxid ausgebrannt werden können, sodass der Sand recycelt werden kann.

Inspiriert von den geschichteten Kulissen einer Theaterbühne wurde der Tisch auf der Mailänder Designwoche im Rahmen der Ausstellung „Restrained Beauty: The Unseen Layers of Scandinavian Design“ präsentiert.

4. Titania Quantum Dots verbessern die Stabilität und Langlebigkeit von 3D-Drucken aus Kunstharz im Sonnenlicht

Forscher der Carleton University und der University of Northern British Columbia haben den 3D-Druck mit Titandioxid-Quantenpunkten weiterentwickelt. Herkömmliche Photoinitiatoren im Stereolithografie-3D-Druck (SLA) sind giftig, teuer und im Sonnenlicht instabil, was die Haltbarkeit der gedruckten Teile beeinträchtigt. Die in Industrial Chemistry & Materials veröffentlichte Studie zeigt, dass Titandioxid-Quantenpunkte unter UVC-Licht eine Photopolymerisation einleiten können, ohne unter dem im Sonnenlicht enthaltenen UVA-Licht zu zerfallen, was die Stabilität und Langlebigkeit von 3D-gedruckten Teilen verbessert.

Diese durch Flammensprühpyrolyse erzeugten Quantenpunkte sind ungiftig und erschwinglich, was sie zu einer überlegenen Alternative zu herkömmlichen Photoinitiatoren macht. Die Forschung zeigte, dass mit Quantenpunkten gedruckte Teile ihre mechanischen Eigenschaften bei längerer UVA-Bestrahlung deutlich besser behielten als solche, die mit herkömmlichen Photoinitiatoren hergestellt wurden. Dieser Fortschritt eröffnet die Möglichkeit für haltbarere und stabilere 3D-Druckmaterialien und löst ein wesentliches Problem beim SLA-Druck. Darüber hinaus verbessert die Möglichkeit, die Empfindlichkeit dieser Quantenpunkte gegenüber bestimmten Lichtwellenlängen zu steuern, die Präzision und Qualität des 3D-Druckprozesses weiter. Diese Forschung verbessert nicht nur die Haltbarkeit und Leistung von SLA-3D-Druckmaterialien, sondern legt auch breitere Anwendungen für Quantenpunkte in verschiedenen Photopolymerisationsprozessen nahe.

5. University of Wisconsin-Madison entwickelt 3D-Druck-RAM in der Schwerelosigkeit für Weltraummissionen

Am 20. Mai 2025 erreichten Forscher der University of Wisconsin–Madison einen bahnbrechenden Meilenstein, indem sie RAM-Geräte in der Schwerelosigkeit im 3D-Druckverfahren druckten – ein Novum in der Weltraumforschung. Dieser Fortschritt ermöglicht es Astronauten, Ersatzteile im Weltraum zu drucken, sodass sie für Reparaturen nicht mehr zur Erde zurückkehren müssen. Der herkömmliche 3D-Druck basiert auf der Schwerkraft, doch in der Schwerelosigkeit ist dieser Prozess mit Herausforderungen verbunden. Die Forscher entwickelten den elektrohydrodynamischen (EHD-)Druck, bei dem elektrische Kräfte genutzt werden, um das Filament durch eine 30-Mikrometer-Düse zu extrudieren, wodurch die Schwerelosigkeit überwunden und die Erstellung von Mustern im Nanomaßstab ermöglicht wird.

Das Team testete seine Technologie bei Parabelflügen mit dem Jet G-Force One, bei denen Schwerelosigkeit simuliert wurde. Zunächst störten Motorvibrationen die Kalibrierungssensoren des 3D-Druckers, aber das Team löste dieses Problem durch eine Änderung des Codes. Ihre erfolgreichen Tests führten zu verschiedenen Produkten unter Verwendung von Halbleiter- und Isoliertinten. Das von Assistenzprofessor Hantang Qin geleitete Projekt umfasst eine Zusammenarbeit mit der Arizona State University, der Iowa State University, Intel und anderen Partnern. Zukünftige Tests zielen darauf ab, den EHD-3D-Drucker mit Multitool-Funktionen zu verbessern und von Einzelgeräten zu kompletten Halbleitergeräten überzugehen. Es ist geplant, die Technologie auf der Internationalen Raumstation zu testen.