de.wedoany.com-Bericht: Das Forschungsteam des National Institute of Standards and Technology (NIST) der USA entwickelt derzeit standardisierte Messverfahren für Slurries im keramischen 3D-Druck, mit Schwerpunkt auf der Viskositätsmessung von Keramik-Slurries für das Direct Ink Writing (DIW) und die fotopolymerbasierte Fertigung (SLA, DLP). Derartige Slurries sind UV-härtbare Harze, die mit technischen Keramikpartikeln beladen sind, und gehören typischerweise zu den nicht-newtonschen Flüssigkeiten, deren Viskosität sich unter äußerer Krafteinwirkung verändert – eine Herausforderung für die Druckkonsistenz und die Standardisierung der Ausgangsmaterialien.
Der NIST-Materialwissenschaftler Russell Maier erklärt, dass das Fließverhalten der Slurries für das Endergebnis beider Verfahren entscheidend sei – manchmal müsse die Slurry leicht fließen, manchmal ihre Form behalten. Im Mittelpunkt der Forschung steht die Entwicklung eines Standardreferenzmaterials für den keramischen 3D-Druck – einer Probe mit ausführlicher Dokumentation zur Kalibrierung von Geräten und zur Überprüfung von Messmethoden. Das vom NIST-Team hergestellte Referenzmaterial besteht aus Zirkoniumdioxid-Partikeln, die in einer flüssigen Polymermatrix suspendiert sind, wobei Polyethylenglykol anstelle von Wasser als Dispersionsmedium gewählt wurde. Diese synthetische Polyetherverbindung findet breite Anwendung im Gesundheits- und Kosmetikbereich (z. B. in Lippenpflegestiften), ist kaum flüchtig und verhindert das Austrocknen der Slurry-Proben während der Messung.
Die Viskositätsmessung erfolgt mittels Rheometer. Dieses Gerät legt eine kleine Probe zwischen zwei Platten und presst sie leicht zusammen; eine der Platten rotiert, um die Kraft zu bestimmen, die zum Fließen des Materials erforderlich ist. Im keramischen 3D-Druck werden Rheometer vor dem Druck zur Qualitätskontrolle der Ausgangsmaterialien und zur Charakterisierung des Materialverhaltens eingesetzt. Doch Unterschiede in den Materialeigenschaften sowie die glitschige Beschaffenheit mancher Slurries erschweren häufig präzise und zuverlässige Messungen. Das NIST-Referenzmaterial wird mit einer Anleitung zum „Zurücksetzen“ der Viskosität geliefert: Ein schnelles Verdrehen verringert seine Konsistenz, nach vollständiger Relaxation kehrt es in den zähflüssigsten Zustand zurück, sodass es jederzeit messbar ist. Mithilfe dieses Referenzmaterials können Forscher im keramischen 3D-Druck ihre eigenen Rheometer-Ergebnisse mit dem NIST-Standard abgleichen und so die Materialkonsistenz verbessern.
In der nächsten Phase wird das Maier-Team die Referenz-Slurry-Proben an 20 Labore im ganzen Land senden – darunter Industrie-, Hochschul- und nationale Labore –, die jeweils eigene Viskositätstests durchführen und die Ergebnisse vergleichen. Bei guter Übereinstimmung würde diese Arbeit dazu beitragen, Zirkoniumdioxid als standardisiertes Referenzmaterial zu etablieren.
