Versilberte Drohnen

Das Start-up Voxel8 nutzt Silbertinte, um einen Traum der Maker-Szene zu verwirklichen: Produkte aus dem 3D-Drucker gleich mit der passenden Elektronik zu versehen.

Ein leuchtend oranger Quadrocopter hebt in einem großen Lagerhaus nahe Boston ab und schwebt über Werkbänke voller Kabel, Computerteile und Kaffeetassen. Mit ihren handgroßen Fliegern wollen die Gründer von Voxel8 allerdings nicht ins Spielzeuggeschäft einsteigen. Die Drohnen sollen vor allem die Fähigkeiten eines neuen 3D-Printers demonstrieren: Er kann gleichermaßen Kunststoff und elektrisch leitfähige Tinte drucken.

Damit verspricht das Harvard-Spin-off, einen alten Traum zu erfüllen. Üblicherweise können 3D-Drucker nur einen einzigen Stoff verarbeiten. Doch selbst schlichte Zahnbürsten bestehen meist aus mindestens drei Materialien. Und zu elektronischen Geräten konnten 3D-Drucker bislang kaum mehr als das Gehäuse beisteuern. Doch durch starre Platinen geht der Charme des 3D-Drucks größtenteils verloren: Sie schränken die Designfreiheit ein und machen das Gerät klobig. Außerdem lassen sie sich nicht spontan verändern.

Voxel8 hat nun einen Druckkopf für Kunststoff mit einem für Silbertinte in einem Gerät vereint. Die selbst entwickelte Tinte ist mit zwei Millionen Siemens pro Meter zwar nicht so leitfähig wie etwa massives Kupfer, liegt nach Firmenangaben aber immerhin um den Faktor 5000 über bisherigen stromleitenden Pasten für den 3D-Druck. Gemeinsam mit dem CAD-Spezialisten Autodesk arbeitet Voxel8 zudem an einer Software, mit der sich 3D-Druck und Elektronik schon beim Designprozess nahtlos zusammenfügen.

Allein auf Knopfdruck spuckt der Drucker allerdings noch keine fertigen Quadrocopter aus. Er kann zwar automatisch Leiterbahnen ausdrucken und in Kunststoff einbetten. So lassen sich beispielsweise die Antennen der Drohnen in das Gehäuse integrieren. Wird es aber komplexer, ist Handarbeit gefragt. Der Drucker produziert zunächst eine Hälfte des Gehäuses, versehen mit Anschlüssen und Aussparungen für separate Komponenten wie Prozessoren oder Leuchtdioden. Dann wird der Druck angehalten und die zusätzlichen Bauteile manuell eingefügt. Anschließend verbindet und fixiert die Tintendüse die Bauteile, und der Kunststoff-Druckkopf vervollständigt das Gehäuse. Gelötet werden muss nichts mehr.

Die Leiterbahnen sind rund 250 Mikrometer breit. Verglichen mit speziellen Elektronik-Druckern ist das ziemlich grobschlächtig. Schon seit fast zehn Jahren bietet etwa die US-Firma Optomec ein Verfahren an, das leitfähige Tinte zu einem Aerosol zerstäubt und auf diese Weise zehn Mikrometer kleine Leiterbahnen auf beliebige Oberflächen aufträgt. Mit Tintenstrahl-Technik oder feinen Kanülen lassen sich ebenfalls längst Strukturen unter 100 Mikrometern fertigen.

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung in Bremen produziert mit solchen Geräten bereits Kleinserien in zwei- bis dreistelliger Stückzahl – beispielsweise Dehnungsmessstreifen oder Temperatursensoren. "Einfache Elemente wie Transistoren oder Widerstände können wir schon jetzt komplett drucktechnisch herstellen", sagt Ingo Wirth, Projektleiter für Functional Printing. Sollen gedruckte Schaltungen mit 3D-Druck kombiniert werden, müssen die Forscher die halb fertigen Bauteile allerdings – anders als bei Voxel8 – zwischen verschiedenen Maschinen hin- und hertragen. Separate Anlagen haben aber auch einen Vorteil: Mit ihnen lassen sich die jeweils besten Verfahren miteinander kombinieren.

Was also geht nun mit den Voxel8-Druckern, was bisher nicht ging? Die Gründer haben zwar gewisse Vorstellungen davon, aber genau wissen sie es auch nicht. Sie wollen neue Anwendungen gemeinsam mit den Kunden entdecken. Ihr Präsentationsvideo startet mit der Frage: "Was würdest du tun, wenn du Elektronik 3D-drucken könntest?"

Der Businessplan von Voxel8 sieht vor, mit dem Verkauf von Tinte und Desktop-Druckern zu beginnen. Ende 2015 sollen die ersten Geräte für 9000 Dollar ausgeliefert werden. Sie sind vor allem für die Herstellung von Prototypen ausgelegt, nicht für Endprodukte in großen Stückzahlen. Das langfristige Ziel sind jedoch industrielle Anlagen, die viele verschiedene Materialien drucken können.

Die Grundlage dafür hat Mitgründerin Jennifer Lewis gelegt. Sie ist Bionik-Professorin in Harvard und erforscht seit zehn Jahren Materialien, die unter Druck fließfähig sind, sich aber sofort verfestigen, wenn der Druck nachlässt. Diese Eigenschaft lässt sich durch den Zusatz speziell designter Mikropartikel hervorrufen. Sie bilden spontane Netzwerke, die das übrige Material an Ort und Stelle halten.

Das funktioniert mit den unterschiedlichsten Stoffen: Mit Silber wie beim Voxel8-Drucker, mit Epoxidharzen, mit Keramik sowie mit Material für Widerstände, Kondensatoren oder Magneten. Im Labor konnten Lewis und ihre Studenten unter anderem schon winzige Lithium-Batterien und biologisches Gewebe mit Blutgefäßen herstellen. "Auf lange Sicht ist es möglich, eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Materialien miteinander in superfeiner Auflösung zu drucken", verspricht Mitgründer Michael Bell. (grh)