{"id":59120,"date":"2024-10-07T15:00:14","date_gmt":"2024-10-07T13:00:14","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=59120"},"modified":"2024-10-04T10:59:32","modified_gmt":"2024-10-04T08:59:32","slug":"penn-state-entwickelt-3d-druckverfahren-fuer-hochleistungskeramik-071020241","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/penn-state-entwickelt-3d-druckverfahren-fuer-hochleistungskeramik-071020241\/","title":{"rendered":"Penn State entwickelt neues 3D-Druckverfahren f\u00fcr Hochleistungskeramik bei niedrigen Temperaturen"},"content":{"rendered":"

Die Vereinigten Staaten leisteten Pionierarbeit bei der Nutzung der additiven Fertigung<\/a> im Verteidigungssektor<\/a>\u00a0und ihr Verteidigungsministerium (Department of Defense, DoD) finanziert die Forschung im Bereich der additiven Fertigung auch heute noch. \u00dcber das Office of Naval Research (ORN) vergab das Verteidigungsministerium einen Zuschuss in H\u00f6he von 4,5 Mio. USD f\u00fcr eine multidisziplin\u00e4re Hochschulforschungsinitiative an Forscher der Penn State, die die Optimierung der Keramikherstellung<\/a> f\u00fcr den 3D-Druck untersuchen. Dabei stand vor allem die Verarbeitung von Hochleistungskeramik bei niedrigen Temperaturen im Fokus.<\/p>\n

Hochleistungskeramik<\/a> wird h\u00e4ufig in der Luft- und Raumfahrt- sowie in der Verteidigungsindustrie<\/a> verwendet, da sie Tausende von Grad Celsius und schnelle Temperaturschwankungen aushalten kann, ohne sich zu zersetzen. Allerdings ist das Material schwierig herzustellen und noch schwieriger in 3D zu drucken. Um dieses Problem zu beheben, gew\u00e4hrte das Verteidigungsministerium den Forschern diesen Zuschuss in H\u00f6he von 4,5 Millionen Dollar, damit sie den Einsatz der Laserbearbeitung zur Herstellung von Hochleistungskeramik bei niedrigeren Temperaturen untersuchen k\u00f6nnen. Die Wissenschaftler hoffen, die Herstellung von Keramik durch 3D-Druck zu erm\u00f6glichen, indem sie dieses Material bei niedrigeren Temperaturen produzieren.<\/p>\n

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Robert Hickey, einer der leitenden Wissenschaftler. (Bild: Matthew Carroll)<\/p><\/div>\n

Robert Hickey, au\u00dferordentlicher Professor f\u00fcr Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der Penn State University und einer der Teamleiter, und Michael Hickner, Professor an der Michigan State University, leiten das Team. Ihr Projekt tr\u00e4gt den Titel \u201ePhotochemical and Photothermal Additive Manufacturing of Preceramic Polymers\u201c (Photochemische und photothermische additive Herstellung von pr\u00e4keramischen Polymeren) und zielt laut einem Artikel der Penn State University darauf ab, \u201eein einstufiges Verfahren zur Herstellung von keramischen Werkstoffen f\u00fcr ultrahohe Temperaturen ohne Massenerhitzung zu entwickeln<\/em>\u201c.<\/p>

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Hickey erl\u00e4uterte das gr\u00f6\u00dfte Hindernis bei der Herstellung von Keramiken. \u201eDas gro\u00dfe Problem bei der Herstellung von Keramiken sind die hohen Temperaturen und der hohe Energieaufwand<\/em>\u201c, sagte er. \u201eDas ist ein Nachteil, vor allem f\u00fcr den 3D-Druck, der mit diesen Materialien derzeit nur sehr schwer pr\u00e4zise durchgef\u00fchrt werden kann.<\/em>\u201c<\/p>\n

Bei der Herstellung von Keramik wird derzeit ein Polymervorprodukt verwendet, das in der Masse auf hohe Temperaturen erhitzt wird. Durch diese Erhitzung werden die Polymervorl\u00e4ufer in Keramik umgewandelt, aber bis zu 50 % des Vorl\u00e4ufermaterials k\u00f6nnen dabei verloren gehen. Au\u00dferdem kann die Erhitzungstechnik die Geometrie des Keramikteils ver\u00e4ndern. Um dieses Verfahren zu modifizieren, untersucht das Team der Penn State University, wie man stattdessen Polymervorl\u00e4ufer-Modelle durch Licht in das endg\u00fcltige Keramikprodukt umwandeln kann.<\/p>\n

Die L\u00f6sung, so glauben die Wissenschaftler, k\u00f6nnte in hochintensiven Lasern liegen. Diese Laser k\u00f6nnten chemische Reaktionen in den Vorl\u00e4ufermaterialien ausl\u00f6sen, sodass sie sich schnell zu geh\u00e4rteten keramischen Werkstoffen verdichten, ohne dass die Masse erhitzt werden muss. Die Erhitzung des Materials mit Licht erm\u00f6glicht eine schnellere Verarbeitung als herk\u00f6mmliche Methoden, was einen schnellen 3D-Druck erm\u00f6glichen w\u00fcrde.<\/p>\n

\u201eEs besteht ein gro\u00dfer Bedarf, die f\u00fcr die Umwandlung oder Herstellung dieser Keramiken erforderliche Energie zu reduzieren und gr\u00f6\u00dfere Geometrie\u00e4nderungen nach dem Druck und der Verarbeitung zu verhindern<\/em>\u201c, so Hickey. \u201eWir untersuchen also, wie man Polymere mit Hilfe von Licht in Keramiken umwandeln kann, mit dem Endziel, Hochleistungskeramiken in 3D zu drucken<\/em>.“<\/p>\n

Wie wird die Forschung den keramischen 3D-Druck voranbringen?<\/h3>\n

In dem Artikel der Penn State University hei\u00dft es: \u201eDas Projekt umfasst die Synthese neuartiger Ausgangsstoffe, die Erforschung verschiedener M\u00f6glichkeiten zur F\u00f6rderung der lichtbasierten keramischen Umwandlung, die Gewinnung rechnerischer Erkenntnisse \u00fcber die Reaktionsumwandlungswege und die R\u00fcckf\u00fchrung der Erkenntnisse auf die Entwicklung und Synthese von Ausgangsstoffen.<\/em>\u201c Diese Erkenntnisse w\u00e4ren n\u00fctzlich f\u00fcr die Herstellung fortschrittlicher Hyperschallfahrzeuge, die bei extrem hohen Temperaturen funktionieren m\u00fcssen.<\/p>\n

\u201eDieses Programm wird neue Wege zur additiven Herstellung keramischer Werkstoffe f\u00fcr eine Reihe von Hochtemperatur-Metallcarbiden wie Wolframcarbid und siliziumbasierten Keramiken wie Siliziumcarbid und Siliziumnitrid er\u00f6ffnen<\/em>\u201c, sagte Adri van Duin, Penn State Professor f\u00fcr Maschinenbau und Co-PI. \u201eDar\u00fcber hinaus werden neue Rechenkapazit\u00e4ten aufgebaut, um hochenergetische Reaktionszwischenprodukte vorherzusagen, die zur Entwicklung neuer Ausgangsstoffe und Verarbeitungsprozesse genutzt werden k\u00f6nnen<\/em>.“ Mehr zum Projekt der Penn State finden Sie HIER<\/a>.<\/p>\n

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*Titelbildnachweis: Siliziumkarbid, eines der Materialien, mit denen gearbeitet wird, in seiner mineralischen Form. <\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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