Verschiedene Methoden des 3D-Drucks benutzen die sogenannte Inkjet Technologie, welche ähnlich wie bei einem 2D Drucker mittels kleiner Tröpfchen druckt. Die richtige Tröpchenmischung ist hier von immenser Bedeutung, da es bei der Verdunstung der Tröpchen schnell zu Druckfehlern kommen kann. Ein interdisziplinäres Team der TU Darmstadt untersucht deswegen das Verdunstungsverhalten von Tropfen, in einem Zusammenschluss aus Wissenschaftlern der Materialwissenschaft und der Chemie.
Hintergrund der Überlegungen des Teams ist der sogenannte Kaffeering Effekt. Wenn ein Kaffeetropfen z.B. auf einem Küchencounter verdunstet, hinterlässt er einen dunklen Ring. Der Grund hierfür sind Strömungen, die bei der Verdunstung des Wassers Kaffepartikel zum äußeren Rand des Tropfens transportieren. Man kann sich vorstellen: bei vielen Mischungen ist dieser Effekt eher unerwünscht, sei es bei Farben oder Tinten.
Schematik des Verdunstungsverhaltens
Für z.B. Tintenstrahldrucker wird oft eine Mischung aus Glycerin und Wasser genutzt. Die Forschenden untersuchten eine ähnliche Mischung auf ihre Konzentrationsverteilung, denn diese kann die Transportvorgänge in den Tropfen immens beeinflussen. Um die Tropfen und ihre Konzentrationsunterschiede zu beobachten, brauchen Wissenschaftler bei herkömmlichen Methoden sogenannte Marker. Es wird jedoch vermutet, dass Marker die Eigenschaften von Tropfen beeinflussen können, was zu verfälschten Forschungsergebnissen führt.
Aus diesem Grund entschied sich das Team der TU Darmstadt für zwei Marker-freie, spektroskopische Methoden: die Magnetresonanz Tomographie (MRI) und die Raman-Mikroskopie. Ersteres eignet sich besonders für die Untersuchung des gesamten Tropfens, während die Raman-Mikroskopie spezifische Bereiche eines Tropfens in genauem Detail zeigen kann. Die beiden Methoden ergänzen sich untereinander und erlauben für eine allumfassende Untersuchung der Konzentrationsverhältnisse in Verdunstungsprozessen.
Teammitglied Alexander Erb am Raman-Mikroskop
Die Forschenden hoffen, dass durch ihre Forschungsergebnisse Weiter- und Neuentwicklungen von essentiellen tropfbasierten Technologien eingeleitet werden. So tragen die Ergebnisse direkt zur Weiterentwicklung von Inkjet basierten 3D-Druckverfahren bei, sowie Kühlungsapplikationen oder Beschichtungstechnologien. Das Forschungspaper erlaubt einen ausführlichen Blick in die Hintergründe und die Prozesse des Teams und wird im Journal PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) veröffentlicht werden. Mehr Informationen finden Sie HIER.
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*Bildnachweise: TU Darmstadt