Niedriger Schmelzpunkt: 3D-Drucken mit metallischer Tinte

Zwei chinesische Forscher haben ein neuartiges 3D-Druckverfahren entwickelt. Damit lassen sich Objekte mit einer flüssigen Tinte aus Metall aufbauen.

Artikel veröffentlicht am 30. September 2014, 18:21 Uhr, Werner Pluta

3D-Drucken mit metallischer Tinte: Druckkopf mit mehreren Nadeln und Pumpen (Bild: Science China Press)

3D-Drucker gibt es inzwischen viele, die meisten verarbeiten einen Kunststoff. Geräte, die Metall verarbeiten, etwa per selektivem Laserschmelzen, sind aufwendig und teuer. Chinesische Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, um 3D-Drucken mit Metall zu vereinfachen. Liquid Phase 3-D Printing nennen sie das Verfahren, bei dem Gegenstände aus einer metallhaltigen Tinte aufgebaut werden.

Eines der großen Hindernisse beim 3D-Drucker mit einem Metall sei der Schmelzpunkt, der eine relativ hohe Temperatur für die Verarbeitung und damit verbunden eine lange Zeit zum Abkühlen erfordere. Liu Jing und Wang Lei vom Institut für Physik und Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hingegen setzen Metalle mit einem niedrigen Schmelzpunkt ein.

Schmelzpunkt geringfügig über Zimmertemperatur

Die Tinte, die sie nutzen, besteht aus Bismut, Indium, Zink und Zinn. Der Schmelzpunkt dieser Legierung liege nur geringfügig über Zimmertemperatur, schreiben die beiden Forscher in der Fachzeitschrift Scientia Sinica. Es könnten aber auch andere Metalle eingesetzt werden, deren Schmelzpunkt unter 300 °C liege. Die Tinte könne beispielsweise aus Legierungen mit Bismut, Gallium und Indium bestehen. Außerdem könnten einer Tinte Nanopartikel aus Kupfer oder Silber beigemengt werden.

Die flüssige Metalltinte fließt durch eine Nadel. Anders als etwa beim Schmelzschichtungsverfahren wird das Druckmaterial nicht kontinuierlich ausgebracht, sondern als Tropfen, die Schicht für Schicht ein Objekt bilden. Wegen der niedrigen Temperatur der Tinte kühlen die Tropfen relativ schnell ab und verbinden sich mit den darunter liegenden Schichten des Werkstücks.

Formen mit Kühlflüssigkeit

Außerdem wird das Werkstück in einem Gefäß aufgebaut, das mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die dafür sorgt, dass das Metall schnell abkühlt. Das könne Wasser sein, Ethanol oder eine andere Flüssigkeit. Über die Kühlflüssigkeit, deren Strömungsgeschwindigkeit und -richtung, kann die Form des Werkstückes beeinflusst werden. Darüber könnten "einige einzigartige 3D-Metall-Strukturen erstellt werden, etwa ein 3D-Rotationskörper", erklären die Wissenschaftler.

Mit dem 3D-Druckverfahren können ihren Angaben nach auch mehrere Substanzen verarbeitet werden, etwa ein leitfähiges Metall und ein Kunststoff. So könne beispielsweise ein dreidimensionales Gebilde mit Tragstruktur und leitenden Komponenten gebaut werden.

Um die Geschwindigkeit und die Genauigkeit des Druckvorgangs zu verbessern, wollen die Entwickler einen Druckkopf mit einer Matrix aus mehreren Nadeln sowie mehreren Pumpen bauen. Die Nadeln können getauscht werden, um die Tropfengröße und damit die Druckauflösung zu variieren.