Multimaterial-Druck mit integrierten Graphen-Strukturen

US-Forschende erzeugen Multimaterial-Bauteile mit internen Leiterbahnen aus laserinduziertem Graphen (LIG). Herstellen lassen sich damit u. a. Prototypen von Leiterplatten, Sensoren und Wearables – in einem Arbeitsschritt

Forschende der University of Missouri haben eine Methode entwickelt, mit der komplexe Geräte aus verschiedenen Materialien – darunter Kunststoffe, Metalle und Halbleiter – mit einer einzigen Maschine hergestellt werden können. Das Verfahren heißt „Freeform Multi-Material Assembly Process“. Anwendung finden könnte es etwa bei der Herstellung von mehrschichtigen Sensoren, Leiterplatten oder Textilien mit elektronischen Komponenten aus mehreren Materialien.

Die Maschine basiert derzeit auf drei Düsen, aus denen unterschiedliche Materialien gepresst werden. Zunächst wird eine Grundstruktur mit normalem 3D-Druck-Filament hergestellt, etwa aus Polycarbonat, einem transparenten thermoplastischen Kunststoff. Dann werden selektiv Teile mit einer Strahlquelle in laserinduziertes Graphen, ein leitfähiges Material, umgewandelt. Schließlich werden weitere Materialien hinzugefügt, um die funktionalen Fähigkeiten des Endprodukts zu verbessern.

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Auswirkungen auf Medizintechnik und Robotik erwartet

„Dies eröffnet die Möglichkeit für völlig neue Märkte“, sagte Jian „Javen“ Lin, ein außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der University of Missouri. „Es wird weitreichende Auswirkungen auf tragbare Sensoren, Roboter, medizinische Geräte und mehr haben.“

Derzeit ist die Herstellung einer mehrschichtigen Struktur – etwa einer Leiterplatte – ein mühsamer Prozess, der mehrere Schritte und Materialien erfordert. Diese Verfahren sind kostspielig, zeitaufwendig und können umweltbelastende Abfälle erzeugen.

Vorbild war die Natur, etwa der Zitteraal

Die neue Technik ist nach Angaben der Amerikaner nicht nur besser für den Planeten, sie ist auch von Systemen inspiriert, die in der Natur vorkommen. Doktorandin Bujingda Zheng: „Alles in der Natur besteht aus strukturellen und funktionellen Materialien.“ Als Beispiel vereist sie auf Zitteraale. Diese hätten Knochen und Muskeln, die es ihnen ermöglichen, sich zu bewegen. Die Tiere hätten aber auch spezialisierte Zellen, die mehrere Hundert Volt entladen können, um Beute zu erlegen oder zu betäuben.