Die Kombination aus 3D-Druck und Galvanoplastik hat zu einer neuen Fertigungsmethode geführt, die es ermöglicht, komplexe Metallstrukturen mit einem hohen Maß an Präzision zu erzeugen. Dieser hybride Prozess nutzt die Fused Filament Fabrication (FFF), um polymere Masken zu generieren, die die Abscheidung von Metallen durch einen elektrochemischen Prozess leiten und so eine exakte Kontrolle über die Geometrie des fertigen Bauteils gewährleisten.
Hohe Auflösung mit 3D-Druck und leitfähigen Substraten
Um ein hohes Maß an Detailgenauigkeit in den polymeren Masken zu erreichen, wurde eine Prusa i3 Mk3S-Drucker mit einer 0,25 mm Düse eingesetzt. Diese Masken wurden auf 4-Zoll-Siliziumwafern gedruckt, die mit Titan und Titanoxid beschichtet waren. Diese Materialien dienten als leitfähige Substrate im nachfolgenden Galvanoplastikprozess.
„Die Synergie zwischen 3D-Druck und Galvanoplastik ermöglicht die Herstellung von Metallteilen mit beispielloser Präzision.“
Optimierte Materialien für Haftung und Auflösung
Nach verschiedenen Tests stellte sich heraus, dass Acrylnitril-Styrol-Acrylat (ASA) eines der geeignetsten Materialien für den Prozess war. Dieses Polymer wies folgende Eigenschaften auf:
- Hohe Haftung mit einer Festigkeit von 4,3 MPa.
- Einfache Auflösung in Lösungsmitteln nach der Galvanoplastik.
- Fähigkeit, Nickelstrukturen mit Höhen zwischen 500 Mikrometern und 2 Millimetern zu erzeugen.
Der Prozess wurde in einem Nickelsulfamat-Elektrolytbad bei konstanter Temperatur von 52°C durchgeführt, was ein kontrolliertes Wachstum der Metallstruktur ermöglichte.
Anwendungen in der Plasmagenerierung
Um die Anwendungen dieser Technik zu demonstrieren, wurden L-förmige Elektroden mit optimierten Spitzen Designs für den Einsatz in Streamer-Entladungs-Plasmageneratoren hergestellt. Diese Elektroden wurden mit Spannungen zwischen 0 und 6 kV getestet, um ihre Effizienz bei der Plasmagenerierung zu bewerten.
Vorteile und Herausforderungen der hybriden Fertigung
Dieser Fertigungsansatz bietet zahlreiche Vorteile gegenüber traditionellen Methoden, insbesondere bei der Produktion von komplexen Formen, die mit konventionellen Zerspanungstechniken schwer zu erreichen wären. Zu den Vorteilen gehören:
- Kostensenkung bei der Produktion detaillierter Metallstrukturen.
- Größere Flexibilität im Design und der Anpassung von Bauteilen.
- Weniger Materialabfall im Vergleich zu subtraktiven Techniken.
Allerdings wiesen die Forscher darauf hin, dass die ungleichmäßige Metallverteilung während des Galvanoplastikprozesses weiterhin eine Herausforderung darstellt und eine präzise Kontrolle der Betriebsparameter erfordert, um eine gleichmäßige Abscheidung zu gewährleisten.
Eine vielversprechende Zukunft in der Metallverarbeitung
Die Kombination aus 3D-Druck und Galvanoplastik eröffnet neue Möglichkeiten in der fortschrittlichen Metallfertigung mit Anwendungen in Bereichen wie Luftfahrt, Elektronik und Medizin. Mit zukünftigen Optimierungen der Prozesskontrolle hat diese hybride Technologie das Potenzial, die Herstellung hochpräziser Metallkomponenten zu revolutionieren.