Additive Fertigung Forscher entwickeln neues Kombi-Verfahren für 3D-Druck

Redakteur: MA Alexander Stark

Chemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) haben eine Methode entwickelt, um Flüssigkeiten direkt während des 3D-Drucks in Materialien zu integrieren. Damit lassen sich zum Beispiel medizinische Wirkstoffe in pharmazeutische Produkte einbauen oder leuchtende Flüssigkeiten in Werkstoffe integrieren, die bei Materialrissen austreten und so den Schaden anzeigen.

Im Inneren des mit der neuen 3-D-Druck-Methode hergestellten Materials (rechts) befindet sich ein Gittergerüst (links), in welches Tropfen einer Flüssigkeit gegeben werden können.
Im Inneren des mit der neuen 3-D-Druck-Methode hergestellten Materials (rechts) befindet sich ein Gittergerüst (links), in welches Tropfen einer Flüssigkeit gegeben werden können.
(Bild: Harald Rupp/ Uni Halle)

Halle – 3D-Druck ist mittlerweile weit verbreitet und wird für unterschiedlichste Anwendungsgebiete genutzt. In der Regel beschränken sich die Verfahren jedoch auf Materialien, die beispielsweise durch Erhitzen verflüssigt und nach dem Druck fest werden. Soll das fertige Produkt flüssige Anteile beinhalten, werden diese üblicherweise im Nachhinein hinzugefügt. Das ist aufwendig und kostspielig. Prof. Dr. Wolfgang Binder vom Institut für Chemie der MLU ist überzeugt, dass die Zukunft in komplexeren Methoden liegt, die mehrere Produktionsschritte vereinen. Er und sein Team haben deswegen nach einer Möglichkeit gesucht, Flüssigkeiten direkt beim Druck in das Material einzubauen.

Dafür kombinierten Binder und sein Mitarbeiter Harald Rupp gängige 3D-Druck-Verfahren mit klassischen Druckmethoden, wie sie in Tinten- oder Laserdruckern genutzt werden: Dabei werden an der gewünschten Stelle tröpfchenweise Flüssigkeiten hinzugefügt. So lassen sich diese direkt und gezielt in ein Material integrieren.

Die Chemiker konnten an zwei Beispielen zeigen, dass ihr Verfahren funktioniert: Zum einen bauten sie einen flüssigen Wirkstoff in ein biologisch abbaubares Material ein. Sie konnten nachweisen, dass der Wirkstoff durch das Verfahren nicht beeinflusst wurde und aktiv geblieben ist. In der Pharmazie werden solche Materialien als Wirkstoffdepots genutzt, die sich im Körper langsam abbauen. Sie können beispielsweise nach Operationen genutzt werden, um Entzündungen zu verhindern. Mit dem neuen Verfahren könnte ihre Herstellung erleichtert werden.

Zum anderen integrierten die Wissenschaftler eine leuchtende Flüssigkeit in ein Kunststoffmaterial. Wird das Material beschädigt, tritt sie aus und könnte so Schäden anzeigen. „Man könnte so etwas in einen kleinen Teil eines Produktes eindrucken, der besonders stark belastet wird“, so Binder. Beispielsweise in stark beanspruchte Stellen von Autos oder Flugzeugteilen. Bisher lassen sich Schäden in Kunststoffmaterialien laut Binder nur schwer erkennen – anders als in Metallen, wo Mikrorisse durch Röntgen sichtbar gemacht werden können. Der neue Ansatz könnte somit für zusätzliche Sicherheit sorgen.

Das Kombiverfahren sei zudem für viele weitere Anwendungsgebiete denkbar, so der Chemiker. Das Team plant demnächst, Batterieteile mit der Methode zu drucken.Für den Industriemaßstab müsse das Verfahren außerhalb der Universität weiterentwickelt werden.

Originalpublikation: Rupp, H., Binder, W.H. 3D Printing of Core-Shell Capsule Composites for Post?Reactive and Damage Sensing Applications. Advanced Materials Technologies (2020). https://doi.org/10.1002/admt.202000509

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