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3D-Drucker stellt fertige Elektronik her

MIT-Forschern ist es gelungen, Geräte mit interner Elektronik mithilfe eines 3D-Druckers herzustellen. Dazu entwickelten sie ein spezielles Filament, das aus Fasern mit einer komplexen elektronischen Struktur besteht.

von Luca Perler 17.09.2019
Modellflugzeug mit gedrucktem Elektronik-Flügel Modellflugzeug mit gedrucktem Elektronik-Flügel Zoom© MIT/Felice Frankel

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben ein neuartiges Filament entwickelt, aus dem in einem Arbeitsgang Geräte mit interner Elektronik produziert werden können. Flugzeugflügel, die aus diesem Material gedruckt werden, könnten durch Lichtemission direkt anzeigen, wenn sich feine, aber dennoch gefährliche Risse bilden.

Das Filament besteht aus Fasern mit einer komplexen inneren elektronischen Struktur. Umhüllt ist sie von Kunststoff. Beim Drucken bilden die elektronischen Strukturen optoelektronische Schaltkreise. Diese können nicht nur Licht erzeugen, sondern auch ihre Umwelt erkennen, mit ihr kommunizieren oder Energie speichern.

Gabriel Loke, Doktorand bei den Professoren John Joannopoulos und Yoel Fink, beschreibt das Verfahren in einem Beitrag der Fachzeitschrift «Nature Communications». Loke hat einen 3D-Drucker mit einer speziellen Düse ausgestattet. Der Kunststoff, den er verwendet hat, schmilzt bei einer deutlich niedrigeren Temperatur als das im Normalfall genutzte Material. Aus diesem Grund wird die interne Elektronik beim Druck nicht zerstört.

Halbleiter und Drähte im Inneren

Das Innere des Filaments enthält feinste Drähte, die als Stromleiter fungieren, Halbleiter, die unterschiedliche Funktionen erfüllen, und Isolatoren aus Kunststoff, die Kurzschlüsse verhindern. Zur Demonstration druckte Loke den Flügel eines Modellflugzeugs. Das hierfür verwendete Filament enthält acht unterschiedliche Materialien, die auch andere Funktionen ermöglichen könnten, ausser Licht zu emittieren und zu detektieren.

«Bisher gibt es keinen 3D-Drucker, der Kunststoff, Metall und Halbleiter abscheiden kann», sagt Loke. Denn für jedes Material benötige man eine andere Technik. Das neue Verfahren sei schnell und ermögliche, wie es beim 3D-Druck üblich ist, nahezu beliebig geformte Bauteile. Der produzierte Flügel ist spektakulär, aber in der Praxis kaum umsetzbar.

Die Forscher denken auch eher an die Herstellung biomedizinischer Implantate. Auf ihnen könnten nach einer Verletzung neue Körperzellen wachsen. Gleichzeitig würden sie den Regenerationsvorgang überwachen und Wachstumsfehler drahtlos melden.


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