3D-Laser-Drucker stellt freistehende Metallteile her

Möglich macht das ein Laser, der die Silber-Teilchen einer Nanopartikel-Tinte an der gewünschten Stelle ausglüht. Das Verfahren ist beispielsweise für die Fertigung von Metallkontakten für flexible Elektronik interessant.

Ungestützte Drähte

«Ich bin wirklich begeistert über diesen neuesten Fortschritt aus unserem Labor, der es einem erlaubt, auf die Schnelle flexible Metallelektroden und komplexe Strukturen 3D zu drucken und auszuglühen», meint Jennifer Lewis, Professorin für Bioinspirierten Maschinenbau in Harvard. Im Gegensatz zu bisherigen 3D-Druckverfahren kommt die Methode bei Druck in die Höhe ohne Stützstrukturen aus. Das ist ein wichtiger Vorteil. Denn solche Stützen sind einerseits Materialverschwendung und bei elektrischen Kontakten zudem ein technisches Problem.

Das neue 3D-Druckverfahren nutzt dazu eine Nanopartikel-Tinte und einen Laserstrahl. Die Tinte wird von einer Düse ausgespritzt und der Laserstrahl so exakt gesteuert, dass er genau die richtige Menge an Silber-Nanopartikeln aus der Tinte ausglüht.




So ist es möglich, in wenigen Sekunden auch komplexe Strukturen wie Spiralen oder einen Schmetterling aus winzigen Silberdrähten zu fertigen. Die Leitfähigkeit dieser Drähte ist annähernd so gut wie die von normalem Silber. Der Druck kann direkt auf günstigen Kunststoff-Substraten erfolgen. Damit ist die Methode für die Fertigung diverser elektronischer und biomedizinischer Geräte interessant.

Hitze-Problem gelöst

Die grösste Herausforderung war dem Team zufolge, den Abstand zwischen Düse und Laser richtig einzustellen. «Wenn der Laser während des Drucks zu nahe an die Düse kommt, wird Wärme stromaufwärts geleitet, sodass die Düse mit verfestigter Tinte verstopft wird», erklärt Harvard-Postdoc Mark Skylar-Scott. Damit die Düse nicht zu heiss wird, musste das Team ein Wärmeleit-Modell für die gedruckten Silberdraht-Strukturen entwickeln. Dieses ermöglicht eine ausreichend präzise Steuerung von Düse und Laser.