machBar-Potsdam

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Vulkanforschung aus dem 3D-Drucker

von · 07/12/2025

IIm Winter 2024 kam Ai Lun vom GFZ Potsdam auf uns zu und fragte, ob wir ihr helfen könnten, eine sehr spezielle Form zu drucken. Sie arbeitete an einer Untersuchung zum Vulkan Lascar in Chile, wo sich nach einem Ausbruch der Kraterboden erst angehoben und später zu einem tiefen, runden Trichter abgesenkt hatte. Auf Satellitenaufnahmen war das gut zu erkennen, aber um zu verstehen, warum der Krater so reagiert hatte, brauchte ihr Team ein echtes Modell der Kraterform für genaue Laborexperimente.

Für diese Laborexperimente wurde eine präzise 3D-Form des Lascar-Innenkraters benötigt. Grundlage war ein digitaler Höhenkörper aus Drohnen- und Satelliten-Photogrammetrie. Die Kratergeometrie wurde in Blender als druckbares Objekt aufgebaut und technisch so vorbereitet, dass sie als Form für ein analoges Deformationsexperiment genutzt werden konnte.

3D-gedrucktes Modell des inneren Kraters vom Lascar-Vulkan. Die machBar Potsdam hat diese Form gedruckt, damit Forschende im Labor nachstellen können, wie sich neues Material im Krater aufbaut und später wieder einsackt.
Eine Hälfte der 3D-gedruckten Lascar-Kraterform mit einer Plexiglasscheibe davor. Die Form konnte geöffnet werden, damit Forschende im Labor genau sehen konnten, wie sich das eingebrachte Material im Inneren bewegt.
Eine Hälfte der Kraterform während des Drucks. Gut zu sehen ist das innere Füllmuster, das Material spart und die Form leichter macht, ohne die Stabilität zu verlieren.

Die fertigen Druckdaten erreichten die machBar, und hier entstand das physische Modell: gedruckt auf einem Ultimaker 2+ mit PLA, segmentiert in zwei passgenaue Teile, damit der Druck zuverlässig gelang und die Form stabil blieb. Beide Teile wurden danach miteinander verbunden, abgedichtet und für den Einsatz im Labor vorbereitet.

Im Experiment selbst wurde die 3D-Form über einem Zylinder montiert, in dem ein Kolben trockenes Sandmaterial nach oben in den „Krater“ drücken und wieder zurückziehen konnte. Von oben und im Schnitt filmten Kameras jede Bewegung. Mit digitaler Bildkorrelation wurden die Verschiebungen und Spannungsmuster im Sand später präzise ausgewertet.

Das Ergebnis bestätigte die Feldbeobachtungen. Beim Herausdrücken des Materials bildete sich ein kleiner Dom, der durch die ungleichmäßig steilen Kraterwände asymmetrisch anwuchs. Beim Rückzug des Materials entstand dann ein zentraler Trichter, fast identisch zu dem, der am echten Lascar beobachtet wird. Die Bewegungen konzentrierten sich entlang ringförmiger Störungen – genau wie die konzentrischen Risse, die auf den Drohnen- und Satellitenbildern der realen Eruption zu sehen sind.

Analoge Laborexperimente des GFZ Potsdam zur Lava-Extrusion und nachfolgenden Subsidenz im Lascar-Vulkan. Die Karte- und Schnittansichten zeigen den Aufbau eines asymmetrischen Sanddoms, die Bildung ringförmiger Deformationszonen sowie die spätere Entwicklung eines trichterförmigen Einbruchs („Funnel“). Das Modell basierte auf einer 3D-gedruckten Kraterform, die in der machBar Potsdam hergestellt wurde. Bildquelle: Ai et al. (2025), Communications Earth & Environment

Damit konnte das Forschungsteam zeigen, dass der Einbruch im Krater nicht durch eine Explosion entstand, sondern durch ein rasches Absinken und „Drain-back“ des frisch emittierten Materials zurück in den Förderkanal. Dieses Verhalten liefert wichtige Hinweise auf Struktur und Dynamik des oberflächennahen Magmasystems.

Die Studie wurde 2025 als Open-Access-Artikel in Communications Earth & Environment, einem Fachjournal aus dem Nature-Portfolio, veröffentlicht:
Ai, L., Walter, T.R., Aguilera, F. und Ureta, G. (2025): Photogrammetry and analogue experiments in 3D-printed mold applied to the 2022–2023 lava emplacement at Lascar Volcano in Chile.

Für die machBar zeigt dieses Projekt eindrucksvoll, wie offene Werkstätten Forschung unterstützen können. Aus digitalen Geländedaten und 3D Drucker entstand ein Werkzeug, das half, reale vulkanische Prozesse präzise im Labor nachzustellen und besser zu verstehen. Damit steckt ein kleines Stück Potsdamer Makerspace unmittelbar in einer international beachteten Studie im Nature-Umfeld.