Eine Gruppe von Forschern der University of Western Canada und der University of Trento in Italien hat eine neue kostengünstige Methode für den 3D-Druck von Keramikstrukturen entwickelt.

Diese Methode verwendet nur erschwingliche FFF-3D-Drucker und Materialien, die als Polymer-derived Ceramics (PDC) bezeichnet werden. Im Wesentlichen kann die Keramikvorläuferstruktur in ihrem Polymerzustand gedruckt und in einem Ofen gebrannt werden, um hochauflösende Keramikteile zu erhalten.

Diese Methode kann erhebliche Auswirkungen auf Anwendungen wie Hochtemperatursysteme und sogar die Regeneration von Knochengewebe haben.

Das keramische Vorläuferpolymer kann in einem Polymerzustand geformt und dann pyrolysiert werden, um verschiedene Arten von Keramik herzustellen. Diese Technik kann zur Herstellung von Wabenkeramik verwendet werden.

Herausforderungen für den keramischen 3D-Druck

Viele der für den keramischen 3D-Druck erforderlichen Systeme und Materialien sind relativ teuer und schwierig zu bedienen, was den Zugang zu komplexen Keramikteilen einschränkt.

PDCs sind keramische Materialien, die durch Pyrolyse von keramischen Vorläuferpolymeren gebildet werden und eine alternative Möglichkeit für den keramischen 3D-Druck ohne viele Hindernisse bieten. Diese Materialien können vor der letzten Nachbearbeitung in ihrer leichter zu verarbeitenden Polymerform bedruckt werden. Dennoch mangelt es laut Pearce und seinem Team noch an Forschung zur Integration des FFF-3D-Drucks mit PDC.

Um das Projekt zu starten, imprägnierten die Forscher Filamente auf Basis von thermoplastischem Polyurethan (TPU) mit präkeramischen Polymeren. Das resultierende imprägnierte Material wird dann verwendet, um eine Reihe von Wabenstrukturen in 3D zu drucken, die pyrolysiert werden, um vollständig dichtes SiOC(N), das endgültige Keramikmaterial, herzustellen.

Es wurde festgestellt, dass die gedruckte Keramikstruktur Arbeitstemperaturen von bis zu 1500°C standhält und aus vorgefertigten Materialien auf dem Desktop-Lulzbot-3D-Drucker hergestellt wird. Die Forscher berechneten, dass sie diese komplexen Keramikstrukturen zu weniger als 3 % der Kosten anderer Verfahren in 5D drucken könnten.

Darüber hinaus wird festgestellt, dass SiOC(N)-Komponenten biokompatibel sind, was eine schnelle Zelladhäsion an ihren Oberflächen fördern kann. Es hat sich sogar gezeigt, dass die frühe Zellaktivierung an den Komponenten durch Anpassung der Porosität des Materials einstellbar ist, sodass das Team die Geometrie von menschlichem Knochengewebe simulieren und so Anwendungen zur Knochenregeneration erzielen kann.

Im Hinblick auf zukünftige Arbeiten wollen Pearce und sein Team das Druckverfahren modifizieren, indem sie Nanofüller-Additive hinzufügen oder TPU-basierte Filamente verfeinern. Dies kann die Anwendungsmöglichkeiten der Technologie auf Anwendungsfälle wie aktive Filter, Katalysatoren und leitfähige Komponenten erweitern.

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