Der neu erworbene 3D-Drucker stärkt die fortschrittliche Keramikforschung der Penn State

Chad Eichfeld, links, außerordentlicher Forschungsprofessor und Betriebsleiter des Nanofabrication Lab, und Amira Meddeb, Forschungsprofessorin für elektrische Charakterisierungen, im Nanofabrications Lab mit dem Lithoz CeraFab Lab 3D-Drucker. Bildnachweis: Jamie Oberdick. Alle Rechte vorbehalten.

27. Juni 2023

Von Jamie Oberdick

UNIVERSITY PARK, Pennsylvania – Ein kürzlich installierter 3D-Keramikdrucker bietet Materialforschern der Penn State University erweiterte Möglichkeiten zur einfachen Herstellung hochauflösender Keramikteile und anderer innovativer Keramiken für die bahnbrechende Materialforschung zu geringeren Kosten als bei der Beschaffung.

Während viele mit Keramik als Kunst- oder Haushaltsgegenstand wie Kaffeetassen vertraut sind, gibt es für Keramik weniger bekannte Anwendungen, die von der Energiespeicherung über Festkörperbatterien bis hin zu ferroelektrischen und piezoelektrischen Geräten wie Wärmesensoren reichen. Forscher des Materials Research Institute (MRI) der Penn State University sagten, sie betrachten den Lithoz CeraFab Lab 3D-Drucker als ein notwendiges Werkzeug, um die materialbezogene Forschung an der gesamten Universität voranzutreiben.

„Dies wird Teil einer Benutzereinrichtung hier im Penn State im Nanofabrication Lab sein“, sagte Amira Meddeb, außerordentliche Forschungsprofessorin für MRT. „Der Hauptgrund, warum wir es erworben haben, besteht darin, nicht nur der Penn State Community, sondern auch unserer erweiterten Benutzergemeinschaft, mit der wir zusammenarbeiten, einschließlich anderer Hochschuleinrichtungen und der Industrie, mehr Möglichkeiten zu bieten.“

Die Ermöglichung dieser Produktion ermöglicht es MRI auch, maßgeschneiderte wissenschaftliche Werkzeuge für andere Forscher der Penn State zu erstellen, die normalerweise teuer und schwer zu beschaffen sind.

„Mit dem Drucker können wir maßgeschneiderte und komplexe Teile herstellen, die normalerweise teuer sind und lange Vorlaufzeiten haben, wie zum Beispiel maßgeschneiderte Tiegel und Mikroreaktoren“, sagte Meddeb.

Der harzbasierte Drucker nutzt die digitale Lichtverarbeitungstechnologie, eine Technik, bei der lichtempfindliche flüssige Harze mithilfe von Licht zu harten Feststoffen ausgehärtet werden. Dies ermöglicht die Eigenproduktion von hochauflösenden Teilen und Keramiken voller Dichte, die in ihren Eigenschaften und ihrer Mikrostruktur mit Keramiken vergleichbar sind, die mit herkömmlichen Herstellungsverfahren hergestellt werden.

Ein kleiner Testdruck des Löwenschreins und des Biberstadions in einer Größe von etwas mehr als 2,5 x 2,5 cm zeigt, wie detailliert der Keramik-3D-Drucker sein kann. Bildnachweis: Jamie Oberdick. Alle Rechte vorbehalten.

„Keramik ist aus verschiedenen Gründen auf herkömmliche Weise äußerst schwer herzustellen, insbesondere weil sie im fertigen und gesinterten Zustand so hart ist, dass sie sehr schwer zu bearbeiten ist“, sagte Shawn Allan, Vizepräsident von Lithoz America LLC. „Außerdem können sie vor dem Sintern empfindlich sein, sodass sie in diesem Zustand auch schwer zu befestigen und zu bearbeiten sind. Im Vergleich zu diesem Drucker können Sie viel einfacher mehrere Iterationen eines Teils mit unterschiedlichen Geometrien und Abmessungen durchführen und so das tatsächlich benötigte Teil erhalten.“

Der Drucker kann eine Vielzahl keramischer Materialien bedrucken. Es bietet die Möglichkeit, Materialien für verschiedene Projekte einfach zu wechseln, und es ist relativ einfach zu erlernen, insbesondere für jemanden mit traditionellem Hintergrund in der Keramikverarbeitung. Laut Chad Eichfeld, außerordentlicher Forschungsprofessor und Betriebsleiter im Nanofabrication Lab, rundet der Drucker das Forschungsangebot von MRI ab.

„Wir können mit Forschern zusammenarbeiten, um das Design des Materials und den 3D-Druck des Materials zu übernehmen, [und] Sie können hier auch die Charakterisierung vornehmen“, sagte Eichfeld. „Wenn wir das alles zusammen haben, können wir tatsächlich die schnellen Iterationen der Keramikproduktion durchführen, die für den Erfolg unserer Forscher notwendig sind.“

Neben den Forschungsvorteilen stellte Eichfeld fest, dass der neue Drucker großes Potenzial für die Materialausbildung an der Penn State hat.

„Penn State ist eine praktische Bildungseinrichtung“, sagte Eichfeld. „An anderen Universitäten übergibt ein Student möglicherweise einen Teil der Verarbeitung, die in Amiras und meinem Labor durchgeführt wird, an einen Techniker, der die Arbeit für Sie erledigt. Aber wir sind alle aktiv. Das ist beeindruckend, da unsere Doktoranden und sogar einige Studenten hier praktische Erfahrungen mit modernster Technologie sammeln können. Diese Erfahrung wird für sie zu Beginn ihrer Karriere eine große Bereicherung sein.“

Vertreter von Penn State und Lithoz nach der Installation des Lithoz CeraFab Lab 3D-Druckers. Von links nach rechts: Shawn Allan (Lithoz America), Charles Rafalko (Penn State), Ryan Fordham (Lithoz America), Lach Peeke (Penn State) und Amira Meddeb (Penn State). Bildnachweis: Jamie Oberdick. Alle Rechte vorbehalten.

Jamie Oberdick

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