Additive Fertigung von nano- und mikrostrukturierten Keramiken
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieser Forschungsbericht präsentiert einen bahnbrechenden Ansatz im Bereich der Mikrofabrikation durch Zwei-Photonen-Lithographie (TPL)-basierten 3D-Druck von Yttriumstabilisiertem Zirkonia (YSZ) mit einer Auflösung von unter 500 nm. Unsere Arbeit konzentriert sich hauptsächlich auf die Entwicklung eines neuen organisch-anorganischen Hybridharzes, das durch ein Verfahren der Nasschemie inspiriert ist, das auf dem Pechini-Prozess basiert. Diese Technik begegnet den Hauptproblemen bei der Verarbeitung von anorganischen Materialien in der TPL, insbesondere der Opazitätsproblematik aufgrund von Lichtstreuung. Die für TPL optimierte Harzzusammensetzung gewährleistet hohe Transluzenz, angemessene Viskosität und Photopolymerisationsfähigkeiten, was die Schaffung komplexer Mikrostrukturen mit hoher Formtreue und minimalen geometrischen Verzerrungen ermöglicht. Die Bedeutung dieser Innovation liegt in ihren potenziellen Anwendungen. YSZ ist bekannt für seine außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften, geringe Wärmeleitfähigkeit und Biokompatibilität, was es ideal für Anwendungen von medizinischen Geräten bis zu fortgeschrittenen Keramiken macht. Darüber hinaus eröffnet die Fähigkeit, komplexe Strukturen im submikronen Maßstab zu fertigen, neue Wege in verschiedenen Bereichen, einschließlich mikroelektromechanischer Systeme (MEMS) und Mikrofluidik. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das synthetisierte Harz, wenn es durch TPL verarbeitet und speziellen Entbindungs- und Sinterprotokollen unterzogen wird, zu hochwertigen keramischen Mikroobjekten führt. Diese Objekte weisen nicht nur eine exzellente Formtreue nach dem Sintern auf, sondern zeigen auch vielversprechende Eigenschaften wie optische Transparenz bei bestimmten Temperaturen. Diese Forschung markiert einen bedeutenden Schritt vorwärts in der Mikro- und Nanofabrikationstechnologie und könnte potenziell die Produktion von anorganischen Materialien für eine Vielzahl von Anwendungen revolutionieren.
