Forscher entwickeln neues 3D-Druckverfahren

Mit Hilfe einer Stützstruktur aus Kupfer, die anschliessend weggeätzt wurde, entstanden diese Silberbahnen mit gebogenen Brücken. (Alle Bilder: Alain Reiser / ETH Zürich)

 

Der 3D-Druck ist ein zunehmend wichtiges Instrument in der Fertigung. Eine Schwachstelle im 3D-Druck war bisher die Fertigung von metallischen Strukturen auf Mikrometerskala. Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) haben nun ein neues 3D-Druckverfahen entwickelt. Damit lassen sich einer Medienmitteilung zufolge sogar zwei Metalle gleichzeitig mit einer räumlichen Auflösung von 250 Nanometern drucken. Das Verfahren ist ausserdem zehnmal schneller als bisherige elektrochemische Druckverfahren.

Herkömmliche Verfahren für den 3D-Metalldruck sind tintenbasiert. Das heisst, dass das gewünschte Metall als Nanopartikel in einer Suspension durch eine Druckdüse auf eine Oberfläche aufgebracht wird. Ein positiver Aspekt der Tinten sei, dass sich viele verschiedene Materialien herstellen lassen. Ein Nachteil sei dagegen, dass eine Nachbearbeitung durch Erhitzung des Druckergebnisses nötig ist. Dies kann etwa zu einer Schrumpfung und ausgeprägter Porosität im Material führen, erklärt ETH-Forscher Alain Reiser. «Das bedeutet in der Regel, dass die metallischen Strukturen weniger leitfähig, mechanisch weniger stabil und zudem oft mit organischen Verbindungen des Lösungsmittels verunreinigt sind», so Reiser weiter.

Forscher der ETH haben nun eine Alternative zu dieser Methode gefunden: Das Metall wird dabei nicht mehr als Nanopartikel abgeschieden, sondern in Form von elektrisch geladenen Metallionen transportiert. Die Ionen werden in der Druckdüse durch Anlegen einer elektrischen Spannung aus einer «Opferanode» gewonnen, die aus dem entsprechenden Metall besteht. Dann werden die Ionen in ein Lösungsmittel durch elektrische Kräfte auf die zu bedruckende Oberfläche gesprüht. Dort verlieren sie ihre Ladung und fügen sich wieder zum Metall zusammen.

Die Forscher arbeiten nun mit Experten für gedruckte Elektronik daran, feinste Verbindungsdrähte zu organischen Halbleitern mit dem 3D-Druck herzustellen. In Zukunft wollen sie zudem die Palette der verwendeten Metalle erweitern. Und irgendwann sollte dann auch die Herstellung von Photosensoren, gedruckten integrierten Schaltkreisen und mechanischen Metamaterialien mit dem Verfahren möglich sein, meint Reiser. ssp