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Jan 31, 2024

3D-Druckverfahren verbessert Materialentdeckung und -herstellung

Elizabeth Montalbano | 07.06.2023 Eine neue 3D-Druckmethode kann Abhilfe schaffen

Elizabeth Montalbano | 07. Juni 2023

Eine neue 3D-Druckmethode kann dazu beitragen, die Zeit, die für die Entdeckung und Herstellung einer neuen und breiten Palette von Materialien für verschiedene wissenschaftliche und andere Zwecke benötigt wird, erheblich zu verkürzen, sagten Forscher. Forscher der University of Notre Dame haben eine Methode namens High-Throughput Combinatorial Printing (HTCP) identifiziert, um die Architekturen und lokalen Zusammensetzungen der 3D-Architekturen gedruckter Materialien zu steuern und Materialien mit Gradientenzusammensetzungen und -eigenschaften mit räumlicher Auflösung im Mikromaßstab zu identifizieren und zu produzieren, sagten sie .

Der Prozess mischt mehrere aerosolisierte Nanomaterialtinten in einer einzigen Druckdüse so, dass das Tintenmischungsverhältnis während des Druckvorgangs während des Druckvorgangs variiert werden kann, sagten die Forscher. Dies kann die Zeit, die für die Entdeckung und Herstellung eines neuen Materials benötigt wird, erheblich verkürzen, was nach dem typischen Versuch-und-Irrtum-Prozess, den Wissenschaftler durchlaufen, 10 bis 20 Jahre dauern kann, sagte Yanliang Zhang, außerordentlicher Professor für Luft- und Raumfahrt und Maschinenbau in Notre Dame, der die Forschung leitete.

„Ich dachte, wenn wir diese Zeit auf weniger als ein Jahr – oder sogar ein paar Monate – verkürzen könnten, wäre das ein Wendepunkt für die Entdeckung und Herstellung neuer Materialien“, sagte Zhang, der das Advanced Manufacturing and Energy Lab in Notre leitet Dame.

Das aerosolbasierte HTCP ist vielseitig genug, um eine breite Palette von Materialien anzuwenden, darunter Metalle, Halbleiter und Dielektrika, Polymere und sogar Biomaterialien. Die Technik erzeugt kombinatorische Materialien, die als „Bibliotheken“ fungieren und jeweils Tausende einzigartiger Kompositionen enthalten, sagten die Forscher.

Tatsächlich habe Zhangs Team diesen Ansatz bereits genutzt, um ein Halbleitermaterial mit überlegenen thermoelektrischen Eigenschaften zu identifizieren, sagten sie. Das Material könnte möglicherweise in zukünftigen Energiegewinnungs- und Kühlanwendungen eingesetzt werden, sagten sie.

HTCP beschleunigt nicht nur die Entdeckung, sondern stellt auch funktionell abgestufte Materialien her, die allmählich von starr zu weich übergehen. Diese Art von Material kann besonders nützlich für die Anwendung in biomedizinischen Lösungen sein, die die Lücke zwischen weichem Körpergewebe und steifen tragbaren und implantierbaren Geräten schließen müssen, sagten die Forscher.

Das Team veröffentlichte einen Artikel über seine Arbeit in der Zeitschrift Nature. Zhang und seine Studenten planen, ihre Forschung fortzusetzen, indem sie maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz (KI) auf den Prozess anwenden, um seinen Entdeckungs- und Bereitstellungsprozess noch weiter zu beschleunigen, sagte er.

„Ich hoffe, dass ich in Zukunft einen autonomen und selbstfahrenden Prozess für die Materialentdeckung und Geräteherstellung entwickeln kann, damit sich die Studenten im Labor auf das Denken auf hohem Niveau konzentrieren können“, sagte Zhang.

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