Aufkommende technologische Anwendungen der additiven Fertigung

Einmal als ein spezifisches Feld der mechanischen Wissenschaften betrachtet, hat sich die additive Fertigung nun in alle Bereiche der Wissenschaft ausgebreitet und wird schnell zu einem wahren globalen Phänomen. Weit über den Druck von maßgeschneiderten Prototypen und Nippes hinaus, produzieren viele Unternehmen jetzt in moderatem bis großem Maßstab mit 3D-Druck. Massive Verbesserungen in Präzision, Qualität und Zuverlässigkeit der additiven Fertigung haben eine schnelle Übernahme dieser Technologie im Forschungs- und Entwicklungsbereich ausgelöst, insbesondere in Bereichen wie Chemieingenieurwesen, Elektrotechnik, Materialwissenschaften, Biochemie, Optik, analytische Wissenschaften, Industriechemie und Umweltwissenschaften. Dieses Kapitel hebt einige interessante Anwendungen der additiven Fertigung in chemischen Prozessen wie Katalyse, Trennung und Hochdurchsatzexperimenten, Sensoreinrichtungen wie Mikrofluidik, elektrochemische, optische, optoelektronische und elektrische Sensoren und Energiesystemen wie Batterien und Kondensatoren hervor. Die Vorteile von AM porösen Katalysatoren und Adsorptionsmaterialien ergeben sich aus ihrer hohen katalytischen und Trenneffizienz, hierarchischer Porosität, geeigneten Flusseigenschaften, überlegener Masse- und Energieübertragung, neuartigen Verbundformulierungen, verbesserter Produktselektivität und Hochdurchsatzverarbeitung von Reaktanden. Auf der anderen Seite profitieren additiv gefertigte Sensor- und Energiesysteme von hoher Leistung, besserer Lade-/Entladeleistung, Multifunktionalität, geometrischer Formkomplexität, maßgeschneidertem Design, Formgebung von amorphem Material, besserer Integration von Gerätekomponenten und in drei Dimensionen, Portabilität, Geräteflexibilität, Selbstversorgungsfähigkeit und automatischem Betrieb. In all diesen Anwendungen bestimmt die chemische Reaktivität des 3D-gedruckten Konstrukts seine primäre Funktionalität zusätzlich zu der aus der Form abgeleiteten Grundfunktion. Offensichtlich handelt es sich hierbei um eine Erweiterung von der einfachen Verwendung von gedruckten Konstrukten als 3D-Objekte komplexer Formen und Geometrien. Beginnend mit einer kurzen Diskussion über den Aufstieg der additiven Fertigung in den chemischen Wissenschaften, konzentriert sich dieses Kapitel hauptsächlich auf die Anwendungen der additiven Fertigung und baut auf den in den vorherigen Kapiteln erworbenen Kenntnissen auf. Die Anwendungen wurden als oberflächensensitive chemische Prozesse klassifiziert, die auf die ersten paar hundert Mikron der Oberfläche eines 3D-gedruckten Konstrukts beschränkt sind, als massensensitive chemische Prozesse, die von den Masseneigenschaften von 3D-Konstrukten abhängen, und als Anwendungen für Hochdurchsatzexperimente. Ein Zusammenfassungs- und Ausblickabschnitt schließt das Kapitel mit einer Perspektive und Sichtweise auf die zukünftigen Grenzen der additiven Fertigung in chemischen Prozessen ab und ein Wissenstest wurde für die jungen Lernenden im letzten Abschnitt bereitgestellt.