3D-Druck 3D-Druck von Nanomaterialien ohne Polymere

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Chinesische Forscher haben ein neues Verfahren für den 3D-Druck mit Nanopartikeln entwickelt, für das keine Polymere mehr benötigt werden. Stattdessen können die Materialien mit der Hilfe von Lasern im freien Raum direkt verbunden werden, was komplett neue Design-Ansätze ermöglicht.

In China hat man eine neue Methode für den 3D-Druck mit Nanopartikeln entwickelt. Polymere finden dabei keinen Einsatz mehr. Vielmehr sorgt eine Lasermethode für die Verbindung des Materials.

„Wir waren von diesem experimentellen Phänomen zutiefst begeistert, seit wir es das erste Mal beobachtet haben,“ sagte Lin Linhan, einer der Forscher von der angesehenen Qinghua-Universität. „Unter der Illumination mit Lasern wurden die Nanomaterialien animiert und verknüpften sich in unerwarteter Weise zu neuen Strukturen.“

3D-Druck verschiedener komplexer Strukturen realisiert

In einer Reihe kontrollierter Versuche entwickelte das Team daraufhin seine neue Methode, die es „Photoexcitation-induced Chemical Bonding“ (PEB) nennt und nun in einem Aufsatz in dem amerikanischen Wissenschaftsjournal Science beschrieben hat.

Man habe bereits erfolgreich den 3D-Druck verschiedener komplexer Strukturen realisiert, von linearen und gebogenen bis hin zu volumetrischen Nanostrukturen, heißt es ergänzend auf der offiziellen Webseite der Universität in Peking.

Das Verfahren ermögliche Ingenieuren eine Reihe neuer Möglichkeiten. „Unter Einsatz diverser Nanokristalle, die chemisch zu Bausteinen synthetisiert werden, erwarten wir die Entwicklung von funktionalen Nanogeräten, die mit traditionellen Techniken nicht gebaut werden können,“ schreiben die chinesischen Forscher.

Einsatz gewöhnlicher Polymere hat Nachteile

Beim derzeit üblichen 3D-Printing würden gewöhnlich Polymere zum „Bonding“ zwischen den Lagen oder Partikeln von Nanopartikeln eingesetzt, erklärt Science in seiner Einführung für den Aufsatz. Dies aber würde oft die intrinsischen Eigenschaften der Nanokristalle negativ beeinflussen. Dies entfalle mit dem neuen Verfahren aus China.

Mit ihrer Lasermethode können ohne den Einsatz von Harzen dreidimensionale Strukturen mit hoher anorganischer Massenfraktion (rund 90 Prozent) und hoher mechanischer Stärke erzeugt werden, schreibt das Team in Science.

„Wir entwickeln eine generelle Strategie für den direkten Laserdruck von anorganischen Nanopartikeln, was an zehn Halbleitern, Metalloxiden, Metallen und deren Mischungen exemplarisch gezeigt wird,“ so die Wissenschaftler unter der Leitung von Lin Linhan und Sun Hongbo in ihrem Artikel.

Bei der neuen Methode dienen kolloidale Nanokristalle als Grundbausteine, die photochemisch durch ihre eigenen Neu gebunden werden. Ohne den Einsatz von Polymeren könnten so beim 3D-Druck verschiedene erwünschte Eigenschaften erzielt werden, beispielsweise spezielle Breitbandreaktionen für die Chiropraktiker.

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Ein Nanomotor aus DNA-Material

Den Einsatz von anorganischen Nanopartikeln erleichtern

Ein großer Vorteil der neuen Methode liegt darin, dass sie den Einsatz von anorganischen Nanopartikeln erleichtert. Bislang wird in vielen fortgeschrittenen 3D-Druckverfahren überwiegend mit Metallen und Polymeren gearbeitet, weil diese einfacher und haltbarer verknüpft werden konnten. Das neue Verfahren auch mit anorganischen Materialien ist jetzt bis zu einer minimalen Linienbreite von 77 Nanometern möglich.

Die physikalische Erklärung für die erstaunlichen Reaktionen hat mit den Löchern in den Quantenpunkten zu tun, die mit Hilfe der Laser und „Photoexcitation“ an die Oberfläche der Nanokristalle gebracht werden, was ihre chemische Reaktivität erhöht, ist auf der Webseite der Qinghua-Uni nachzulesen.

Die Experimente sind von Chinas „Nationalem Programm für Grundlagenforschung und -entwicklung“, von der „National Natural Science Foundation of China“ und dem staatlichen „Labor für Präzisions-Messtechnologie“ gefördert worden.

3D-Druck kann Guss- und Beschichtungsmethoden ersetzen

Die Ergebnisse könnten für eine ganze Reihe von fortschrittlichen Fertigungsverfahren genutzt werden, die 3D-Druck anstelle von traditionellen Guss- und Beschichtungsmethoden oder in der Photolithographie verwenden, schreiben die chinesischen Wissenschaftler. Ihre direkte Synthese von 3D-Strukturen mit anorganischen Materialien und ohne den Einsatz von Polymeren sei ein „revolutionärer“ neuer Ansatz für die Fertigungsindustrie, so Lin und Sun und ihre Kollegen.

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Nanomaterialien, die die Photosynthese nachahmen

* Henrik Bork, langjähriger China-Korrespondent der Süddeutschen Zeitung und der Frankfurter Rundschau, ist Managing Director bei Asia Waypoint, einer auf China spezialisierten Beratungsagentur mit Sitz in Peking. „China Market Insider“ ist ein Gemeinschaftsprojekt der Vogel Communications Group, Würzburg, und der Jigong Vogel Media Advertising in Beijing.

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