machBar-Potsdam

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Vulkanforschung aus dem 3D-Drucker

von · 07/12/2025

Was passiert, wenn ein Vulkan wie der Lascar in Chile ausbricht? Man könnte Lava, Asche oder Gase erwarten. Doch nach dem Ausbruch in den Jahren 2022/2023 gab es eine Sensation: Der Kraterboden hob sich erst an und sank dann zu einem tiefen Trichter in sich zusammen. Ein Verhalten, das Vulkanologen rätselhaft fanden.

Um zu verstehen, was tief im Berg passierte, brauchte das Forschungsteam vom GFZ Potsdam (Deutsches GeoForschungsZentrum) ein ganz besonderes Werkzeug: eine exakte physische Kopie des Kraters.

Hier kommt die machBar ins Spiel – und wir sind stolz, sagen zu können: Dieses spannende Projekt hat maßgeblich zu einer neuen wissenschaftlichen Publikation im renommierten Nature-Portfolio beigetragen. Es ist bereits das zweite Mal, dass unsere offene Werkstatt in einer Nature-Studie erwähnt wird!

Vom Satellitenbild zum zerlegbaren Modell

Die Forschenden, darunter Lun Ai vom GFZ, brauchten für ihre Laborexperimente kein gewöhnliches Modell, sondern eine präzise 3D-Form der tatsächlichen Kratergeometrie. Grundlage dafür war ein digitaler Höhenkörper, der mittels Photogrammetrie aus Drohnen- und Satellitenaufnahmen erstellt wurde.

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.

Diese Kratergeometrie – ein digitaler Zwilling des Vulkaninneren – wurde dann in der machBar zum Leben erweckt:

  • Der Druck: Gedruckt wurde auf einem Ultimaker 2+ aus PLA-Kunststoff.
  • Der entscheidende Kniff: Um die Experimente optimal beobachten zu können, wurde die große Form in zwei passgenaue Hälften segmentiert. Diese zerlegbare Bauweise erlaubte es dem Forschungsteam, eine Hälfte durch eine transparente Platte zu ersetzen, um die Bewegungen des Materials im Kraterquerschnitt während des Experiments genau zu filmen.

Damit schufen wir für die Wissenschaftler die perfekte „Kraterpfanne“ für ihr Experiment.

Der Labortest: Sand statt Magma

Im Labor des GFZ wurde unsere 3D-Form zu einem wissenschaftlichen Versuchsaufbau. Die Form wurde über einem Zylinder montiert, der anstelle von Magma feinen Sand nach oben in den „Krater“ drückte und wieder zurückzog.

Dieses sogenannte analoge Deformationsexperiment ermöglichte es, die massiven Kräfte und Materialbewegungen im Inneren eines Vulkans im Kleinformat nachzustellen. Kameras filmten jede Bewegung, um die Verschiebungen und Spannungsmuster im Sand exakt auswerten zu können.

Das Ergebnis: Der Lascar gibt sein Geheimnis preis

Dank des präzisen und beobachtbaren Modells aus der machBar konnte das Forschungsteam eine entscheidende Erkenntnis gewinnen:

  • Der beobachtete Einbruch wurde nicht durch eine gewaltige Explosion ausgelöst, wie man vermuten könnte.
  • Stattdessen zeigten die Experimente, dass der Krater einbrach, weil das frisch emittierte Material schnell in den Förderkanal zurücksank – ein Prozess, der als „Drain-back“ bezeichnet wird.
  • Die Bewegungen konzentrierten sich dabei entlang ringförmiger Störungen, was exakt den konzentrischen Rissen entsprach, die auf den Satellitenbildern des echten Lascar-Kraters zu sehen waren.

Dieses Wissen liefert wichtige Hinweise auf die Struktur des Magmasystems und hilft, zukünftige vulkanische Gefahren besser einzuschätzen.

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

Fazit: Maker-Spirit trifft Weltklasse-Forschung

Die enge Zusammenarbeit zwischen der machBar Potsdam und dem GFZ beweist einmal mehr, welche große Rolle offene Werkstätten und 3D-Druck für die wissenschaftliche Forschung spielen können. Aus digitalen Daten wird ein handfestes Experimentierwerkzeug, das direkt zur Veröffentlichung in einem der wichtigsten Wissenschaftsmagazine der Welt führt.

Wir sind stolz, dass ein Stück Potsdamer Makerspace in dieser international beachteten Studie steckt!

Zur Publikation:

Die Studie von Lun Ai und ihrem Team wurde als Open-Access-Artikel im Fachjournal Communications Earth & Environment 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.