de.wedoany.com-Bericht: Forschern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) ist es gelungen, mithilfe der 3D-Drucktechnologie ein Array aus triaxialen Elektrospray-Emittern herzustellen. Das Team gibt an, dass diese Methode derartige Bauteile erstmals ermöglicht.
Der triaxiale Elektrospray-Emitter legt Hochspannung an drei konzentrische Düsen an und verteilt gleichzeitig drei nicht mischbare Flüssigkeiten, wodurch ein kontinuierlicher Strom geschichteter Mikrotröpfchen entsteht. Diese Mikrotröpfchen können zu Verbundpartikeln mit unterschiedlichen Schalen verfestigt werden, die für Kapseln zur verzögerten Wirkstofffreisetzung, Biosensoren und selbstheilende Materialien geeignet sind.
In der öffentlich zugänglichen Literatur wurde die Herstellung eines derart miniaturisierten Multi-Emitter-Arrays bislang nicht beschrieben. Die konventionelle Fertigung in Halbleiter-Reinräumen kann die erforderlichen geometrischen Strukturen nicht in ausreichend kleinem Maßstab realisieren.
Das MIT-Team unter der Leitung von Luis Fernando Velásquez-García, leitender Forschungswissenschaftler am Microsystems Technology Laboratory (MTL), nutzte einen Trog-Photopolymerisationsprozess, um ein Array mit 16 Düsen auf einer Fläche von etwa einem Quadratzentimeter zu drucken. Die Höhe einer einzelnen gedruckten Schicht beträgt 25 Mikrometer, nur einen Bruchteil der Breite eines menschlichen Haares. Dieser einstufige Prozess vom Start bis zur Fertigstellung des Arrays dauert nur wenige Stunden.
„Wir können solche Bauteile nicht in einem Halbleiter-Reinraum herstellen. Dies ist nur möglich, weil sie 3D-gedruckt sind“, erklärt Velásquez-García.
Jedes Array enthält ein spiralförmiges Netzwerk interner Mikrokanäle, das die Flüssigkeit gleichmäßig auf alle 16 Düsen verteilt, dabei eine kompakte Grundfläche beibehält und Übersprechen zwischen den Emittern verhindert. Das Team testete verschiedene Architekturen, um die optimalen Durchflussraten und Spannungen zu ermitteln, und stellte fest, dass die Viskosität der mittleren Flüssigkeit ein entscheidender Faktor für die Stabilität der Mikrotröpfchen und die Schichtgleichmäßigkeit ist.
Die Fähigkeit, Geometrien schnell zu iterieren, war zentral für den Projektfortschritt. „Wir konnten das Design aktiv optimieren, weil wir in der Lage waren, in kürzeren Zeitabständen zu iterieren. Diese Fähigkeit zur fein abgestimmten Designoptimierung ist ein entscheidender Vorteil des 3D-Drucks“, so Velásquez-García.
Die Studie, deren Erstautor Bryan Ivan Quintanar-Abarca vom Tecnológico de Monterrey in Mexiko ist, wurde im Journal „Virtual and Physical Prototyping“ veröffentlicht. Zukünftige Arbeiten werden sich auf kleinere Bauteilabmessungen sowie die Integration von leitfähigen und dielektrischen Materialien in die Emitter-Arrays konzentrieren.
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