Agents of Change

Michelle Chrétien: Alles drucken

„Was mich wirklich begeistert, ist die Möglichkeit, Dinge zu machen, die vorher undenkbar waren.“

Das Unmögliche möglich machen: die Zukunft des 3D-Drucks

Michelle Chrétien ist Materialwissenschaftlerin und Forschungsleiterin in den Bereichen elektronische Materialien und 3D-Druck. Mit ihrem fachübergreifenden Team aus Chemikern, Materialwissenschaftlern und Ingenieuren am Xerox Research Centre of Canada (XRCC) arbeitet Michelle an der Entwicklung revolutionärer neuer Materialien, die unsere Lebens- und Arbeitsweise verändern könnten.

Stellen Sie sich eine Welt vor, in der Sportler Mundschutz tragen, der ihre Herzfrequenz sowie den Sauerstoff-, Cortisol- und Glukosewert überwacht und die Daten dann an die Trainer am Rande überträgt. Oder eine Welt, in der nach einem Gesichtsscan die perfekte Brille gedruckt werden kann, in die Sensoren und Displays integriert sind. Batterien wären kein Problem – auch sie können in den Rahmen der Brille gedruckt werden.

Das ist die Art von Welt, die sich Michelle Chrétien für die Zukunft vorstellt – eine Welt, in der gedruckte intelligente Objekte Teil unseres täglichen Lebens sind.

 

Warum sind 3D-Druck und Printed Electronics spannende Arbeitsbereiche?

Wo soll ich anfangen? Was mich an 3D-Druck und Printed Electronics wirklich begeistert, ist nicht so sehr die Herstellung konventioneller Dinge auf eine neue Weise, sondern die Möglichkeit, Dinge zu machen, die vorher undenkbar waren. Ich beschreibe unsere Arbeit gerne so, dass sie an der Schnittstelle von Printed Electronics und 3D-Druck liegt. Wir möchten unkonventionelle Objekte herstellen, indem wir Form und Funktion gleichzeitig drucken.

Wir sind auch daran interessiert, neue Materialien für den Druck konventioneller Objekte mit verbesserten Eigenschaften zu entwickeln – zum Beispiel härter, glänzender oder widerstandsfähiger. Sich über diese Grenze zu bewegen, um Form und Funktion gemeinsam drucken zu können, ist wirklich spannend.

 

Wie wichtig ist der 3D-Druck?

Heute befinden wir uns noch in den Anfängen des 3D-Drucks, aber das Potenzial ist enorm. In der Wertschöpfungskette der Fertigung hat sich 3D-Druck bereits als nützliches Werkzeug für die Herstellung von Prototypen erwiesen, aber es gibt noch viele Möglichkeiten, die genutzt werden müssen. Es gibt das Potenzial, Verschwendung zu vermeiden. Sind wir beispielsweise in der Lage, Dinge mit weniger Materialabfall zu produzieren? Es gibt auch die Portabilität der Fertigung: Man könnte sich vorstellen, einen kleinen 3D-Drucker bis zu einer Raumstation oder in eine Mine mitzunehmen, um Dinge vor Ort und bei Bedarf zu produzieren.

3D printer

Zu unserer Arbeit in unserem Forschungszentrum gehört es, den Druck komplizierterer, funktionaler Objekte zu ermöglichen. Deshalb entwickeln wir neue Arten von „intelligenten“ Tinten, mit denen sich die Funktionalität erweitern lässt. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Überwindung der traditionellen Metallpulver und Kunststoffe, die in aktuellen 3D-Druckern verwendet werden.  Wir möchten Materialien erfinden, die den 2D- und 3D-Druck über Formen und Farben hinaus ermöglichen.

Wir hoffen, dass unsere Arbeit die additive Fertigung von wirklich funktionalen Objekten mit Anwendungen in allen Bereichen von Wearables bis hin zur Automobilbranche ermöglicht. Es gibt viele Forscher, die sich für diesen Bereich interessieren, und viele Unternehmen beginnen, den Markt zu testen. Ich denke, es wird interessante Produkte geben, die bald auf den Markt kommen werden. Es ist eine aufregende Zeit, um in diesem Bereich zu arbeiten.

 

Was bedeutet additive Fertigung?

Additive Fertigung ist ein Begriff, der sich auf einen Prozess bezieht, bei dem Gegenstände durch Zugabe von Material im Gegensatz zu vielen herkömmlichen „subtraktiven“ Fertigungstechniken hergestellt werden. Wenn Sie eine Drehmaschine, eine CNC-Maschine oder gar Hammer und Meißel verwenden, um ein Teil herzustellen, dann ist das ein subtraktiver Fertigungsprozess. So kann beispielsweise ein Metallzahnrad hergestellt werden, indem die Form aus einem Metallblock herausgearbeitet wird. Das überschüssige Metall wird dabei effektiv weggenommen, also „subtrahiert“, bis nur noch das Endprodukt da ist. Oder Sie können das Zahnrad auf eine „additive“ Weise herstellen, indem Sie die Form direkt drucken und Metallpulver in einem 3D-Metalldrucker verschmelzen. Bei diesem Verfahren wird nur das Metall verwendet, das zum Formen des Teils benötigt wird.

3D printer and hammer

 

Erzählen Sie uns von Ihrer Arbeit mit Printed Electronics.

Ich hatte das Glück, bei XRCC zu arbeiten, die wirklich ein Pionier in der Entwicklung und Herstellung von elektronischen Materialien sind. In den letzten zehn Jahren haben wir alles entwickelt, von leitfähigen Silber-Nanopartikel-Tinten über halbleitende Polymere bis hin zu Metallkomplex-Tinten.

Mein Labor arbeitet auch an der Integration von Materialien mit unterschiedlichen Drucktechnologien. So haben wir beispielsweise den Digitaldruck mit der robotergestützten Bewegungssteuerung gekoppelt, sodass wir auf allen möglichen Objekten drucken können, nicht nur auf flachen Oberflächen. Wir können große Funktionen mit einem Roboterarm ausführen oder eine sehr feine Auflösung erreichen, die kleiner als die Breite eines menschlichen Haares ist.

Mit dieser Druckfähigkeit und unserer Fähigkeit, neue Materialien zu entwickeln, wollen wir wirklich interessante Schaltungen und Sensoren auf oder in dreidimensionalen Objekten drucken können. Das Ziel ist, alle Teile zusammenzusetzen. Wenn ein Objekt produziert wird, können Sie elektronische Schaltungen zusammen mit den Strukturelementen hinzufügen, um ein komplexes, interessantes und funktionales Objekt zu erzeugen. Dies wird hoffentlich das Gerätedesign beschleunigen. Designer werden in der Lage sein, neue Produkte zu entwickeln, bei denen der Formfaktor nicht durch die Form einer herkömmlichen Leiterplatte begrenzt ist.

Printed electronics

 

Wohin führt uns Printed Electronics Ihrer Meinung nach?

Es gibt Materialien, an denen gearbeitet werden muss, und ein paar Herausforderungen, die noch gemeistert werden müssen, um die Technologie für vollständig gedruckte Smart Objects zu ermöglichen – aber dann gibt es keine Grenzen mehr. Wirklich interessante Dinge werden bereits heute allein durch den konformen Druck demonstriert. So können Sie beispielsweise Sensoren direkt auf die Oberfläche von Rohren drucken – vielleicht einen Strömungssensor oder eine Art chemischen Sensor auf der Innenseite. Oder Lecksensoren an der Außenseite von Öl- und Gasleitungen: Natürlich sind Rohre nicht gerade komplexe Objekte, aber es ist ein gutes Beispiel für eine nicht ebene Oberfläche.

printed electronics on a pipeline

Aber es gibt so viele Möglichkeiten. Alles, was auf herkömmliche Weise hergestellt wird, können Sie möglicherweise auf eine anpassbare, bedarfsgerechte Weise mit Hilfe des Druckens tun.

Denken wir also an ein Hörgerät oder einen Mundschutz mit integrierter Elektronik. Jemand hat einen Scan von Ihrem Ohr oder Ihrem Kiefer und Ihren Zähnen gemacht und jetzt wird das Hörgerät oder der Mundschutz exakt passgenau für Sie gedruckt. Vielleicht hat Ihr Mundschutz Sensoren, die Ihren Sauerstoffgehalt im Blut überwachen, während Sie Sport treiben. Oder vielleicht hat der Mundschutz einen integrierten Sensor, der Ihre Herzfrequenz und vielleicht Glukose im Speichel misst. Und all diese Daten werden drahtlos an Ihren Trainer auf der Bank gesendet, der dadurch genau weiß, wann Sie eine Pause brauchen.

Diese Art von individuell angepassten Geräten wird Teil der Umgebung des Internets der Dinge sein. Wenn wir neue Architekturen entwerfen und neue Objekte drucken, die vollständig funktionsfähig sind, denken wir auch darüber nach, wie diese Objekte kommunizieren. Es macht Spaß, einen Sensor drucken zu können, aber wir müssen den Sensor mit Strom versorgen, und wir müssen die Daten vom Sensor speichern oder wir müssen diese Daten an einen anderen Ort senden, sonst ist es kein wirklich intelligentes Objekt.

 

Können Sie über Ihre Arbeit zur Materialentwicklung sprechen?

3D-Druck ist ein Teil unserer Arbeit, aber wir beschäftigen uns auch viel mit der Entwicklung neuer Materialien im Allgemeinen. Wir unterstützen unsere Kunden bei der Entwicklung und Demonstration neuer Materialien für eine Vielzahl von Anwendungen. Unser Team hat einige wirklich interessante Fortschritte bei der Entwicklung neuer Materialien für bestehende 3D-Druckverfahren gemacht. Wir sind daran interessiert, Materialien zu erfinden, die neue Funktionen haben oder verschiedene Eigenschaften kombinieren. Also vielleicht gummiartig oder glänzend. Oder leitfähig und gummiartig oder vielleicht wärmeisolierend und besonders widerstandsfähig. Wir sehen uns verschiedene Kombinationen an.

Gloved hands holding an eyedropper

Verschmelzen die Welten von Software und Materialwissenschaft?

In gewisser Weise, ja. Ich hatte einmal eine Diskussion mit jemandem, der sagte, dass Innovation jetzt hauptsächlich Software ist. Er sagte: „Schauen Sie nur nach Silicon Valley.“ Und ich sagte: „Genau. Silicon – Silizium." Das ist ein Material.“ Es gibt eine Menge Innovationen bei Software und Dienstleistungen, aber ehrlich gesagt, was macht eine Festplatte aus? Was speichert denn die Daten? Material. Materialinnovationen sind Teil dessen, was zu einem dramatischen Anstieg der Rechenleistung geführt hat. Materialien sind ein wichtiger Bestandteil von fast allem.

 

Wann ist Ihr Interesse an Materialwissenschaft zum Vorschein gekommen?

Ich bin von Natur aus ein neugieriger Mensch. Fragen zu stellen und versuchen, Dinge herauszufinden, ist daher einfach etwas, was ich immer getan habe. Während meines Chemie-Studiums besuchte ich eine Klasse in Materialwissenschaften. Ich war fasziniert, weil es sich anfühlte, als wäre es die realitätsnahe, anwendungsorientierte Art der Wissenschaft. Mein Interesse wuchs.

Nach dem Abschluss meines Bachelorstudiums entschied ich mich, weiterzustudieren. Unsere Gruppe beschäftigte sich mit Photochemie und Photophysik sowie mit Projekten im Zusammenhang mit einigen wichtigen photochemischen Reaktionen. Aber ich war viel mehr von den Projekten angezogen, bei denen es darum ging, wie wir die Chemie nutzen, um interessante Eigenschaften aus Materialien herauszuholen.

Von dort aus arbeitete ich an Projekten mit Sonnenschutzmitteln, Sensoren und vielen anderen interessanten Dingen. Es wurde deutlich, dass meine Leidenschaft darin bestand, die Wissenschaft zum Arbeiten zu bringen.

 

Wie sind Sie zu Xerox gekommen?

Während meiner Doktorarbeit wusste ich nichts über die wissenschaftliche Arbeit bei Xerox in den Bereichen Chemie und Materialwissenschaften. Aber ich lernte einen Forschungswissenschaftler von XRCC kennen, der spannenden Dinge beschrieb, die dort passierten. Sie suchten damals einen Foto-Chemiker, also bewarb ich mich.

Ich besuchte das Center und war wirklich beeindruckt von der Wissenschaft und noch mehr von der unglaublichen Gruppe von Menschen, die ich dort traf. Wirklich kluge, interessante Leute, die an Projekten arbeiteten, die tatsächlich reale Anwendungen hatten. Auch das nicht-technische Umfeld und die Atmosphäre des Centers war sehr einladend. Für mich war ganz klar zu erkennen, wie ausgewogen das Center hinsichtlich Diversity war. Das war wirklich interessant für mich. In den Ingenieur- und Naturwissenschaften im Allgemeinen ist man als Frau immer noch in der Minderheit – beim XRCC schien das ganz anders.

Kaum war ich dabei, begann ich mit der Arbeit an einem Inkjet-Tintenprojekt. Das öffnete mir die Augen – ich hatte wirklich keine Ahnung, welche Art von Wissenschaft hinter der Herstellung von Materialien für den Druck steckt. Ich glaube, damals hat meine Liebe zum Drucken begonnen.

Scientist with 3D printer

 

Was gefällt Ihnen an der Arbeit bei Xerox?

Ich denke, ein Teil dessen, was an der Arbeit an einem Ort wie Xerox oder einem Forschungszentrum wie XRCC wirklich gut ist, ist, dass es eine wirklich dynamische Umgebung ist, die Dinge ändern sich ständig. Ich bin auch wirklich inspiriert von den Menschen, mit denen ich bei der Bewältigung schwieriger Probleme interagieren kann.

Ich denke, dass das Zusammenbringen von Menschen mit unterschiedlichem Hintergrund und unterschiedlichen Erfahrungen in der DNA der Arbeitsweise der Innovationsgruppe Xerox liegt. Ich arbeite gerne in einem fachübergreifenden Umfeld und in einem fachübergreifenden Team. Ich mag es, dass nie alle einer Meinung sind, dass jeder eine andere Perspektive hat. Ich würde das auf keinen Fall ändern wollen. Ich fühle mich wirklich unwohl, wenn ich in einem Raum bin und mir alle zustimmen! Zum Glück passiert das nicht sehr oft.

Ich unterhalte mich auch gerne mit unseren Kunden, wenn jemand mit einer Idee oder einem Problem kommt – aus diesen Gesprächen entstehen wirklich tolle Dinge. Dies geht auf meine Leidenschaft für angewandte Wissenschaft zurück. Ich liebe Wissenschaft, die funktioniert. Beim XRCC habe ich die Möglichkeit, mit intelligenten und kreativen Menschen zusammenzuarbeiten, um ein neues Verständnis zu entwickeln und dieses Wissen dann zu nutzen, um etwas Neues und Nützliches zu tun. Das ist das Tolle an der Arbeit hier.

 

Agents of change

Agents of Change

Wir alle haben die Welt verändert. Jeder einzelne von uns. Mit jedem Atemzug zieht unsere Existenz endlose Kreise.

Aber nur wenige von uns haben die Möglichkeit, das Leben von vielen zum Besseren zu verändern. Und noch weniger werden jeden Tag dazu herausgefordert, dies zu tun. Vor diese Herausforderung werden die Wissenschaftler bei Xerox tagtäglich gestellt – zu versuchen, Veränderungen herbeizuführen.

Und wir geben ihnen die Zeit und den Freiraum, um zu träumen. Und die Ressourcen, um diese Träume Wirklichkeit werden zu lassen – unabhängig davon, ob sie neue Materialien mit unglaublichen Funktionen entwickeln oder Augmented Reality nutzen, um das Erinnerungsvermögen von Alzheimer-Patienten zu stärken.

Xerox ist stolz auf seine „Agents of Change“ in seinen weltweiten Forschungszentren. Hier sind einige ihrer Geschichten.