Forschern gelingt erstmals 3D-Druck mit Gold

Sie bauen bei ihrem Ansatz verschiedene Strukturen aus winzigen Kupfer- und Gold-Tropfen auf. Ein Pulslaser löst dazu die Druck-Tropfen aus einem dünnen Metallfilm. Die in «Advanced Materials» vorgestellte Arbeit stellt somit noch vielseitigeren 3D-Druck in Aussicht. Denn als ausgezeichnete Strom- und Wärmeleiter bieten Metalle Möglichkeiten, die allein mit den im 3D-Druck üblichen Kunststoffmaterialen nicht umsetzbar wären.

Winzige Metalltropfen angeordnet

3D-Druck setzt sich in immer mehr Bereichen als Fertigungsmethode durch. Allerdings kommen üblicherweise Kunststoffe zum Einsatz, die Strom und Hitze kaum oder gar nicht leiten. Ein 3D-Druck mit Metallen würde also viele neue Möglichkeiten bieten. Beispielsweise wäre es denkbar, damit kleine Kühlelemente zu produzieren oder elektrische Kontakte und Verbindungen zu drucken. Da Metalle wie Gold oder Kupfer erst bei sehr hohen Temperaturen flüssig werden, ist ein kontrolliertes Auftragen - also Drucken - aber schwer. Dem niederländischen Team ist es nun gelungen, dank Laser mikrometergrosse Metalltropfen wirklich gezielt anzuordnen.

Bei dem Ansatz dient ein gepulster Laser dazu, einen kleinen Bereich eines dünnen Metallfilms so weit zu erhitzen, dass sich ein Tröpfchen löst. Dieses tropft dann auf ein Substrat, auf dem durch wiederholtes Ausführen dieses Prozesses eine 3D-Struktur entsteht. Dabei kommt ein vergleichsweise hochenergetischer Laser zum Einsatz. Denn dadurch erreichen die Tropfen eine höhere Geschwindigkeit. Beim Aufprall verformen sie sich daher scheibenförmig und werden in dieser Form hart. Dadurch entsteht eine wirklich stabile 3D-gedruckte Struktur - ein grosser Vorteil gegenüber früheren Versuchen mit schwächeren Lasern.

Jede erdenkliche Form herstellbar

Mit dem Verfahren haben die Forscher so aus tausenden Metalltröpfchen Säulen aufgebaut, die etwa fünf Mikrometer Durchmesser haben und zwei Millimeter hoch sind. Ebenso gelungen ist der Druck von Elektroden in einer vertikalen Öffnung und von Kupferlinien. Im Prinzip ist praktisch jede Form möglich, wenn die einzelnen Tropfen nur an der richtigen Stelle auftreffen. Allerdings gibt es noch technische Herausforderungen zu bewältigen. Denn mit dem starken Laser ist es derzeit unvermeidbar, dass Metalltropfen auch neben dem wirklich gewünschten Punkt landen. An diesem Problem wird das Team arbeiten.

(bert/pte)