An der Technischen Universität Eindhoven haben niederländische Forscher ein neues Tintenmaterial entwickelt, mit dem der 3D-Druck cholestrischer Flüssigkristalltintenmaterialien möglich ist. Damit soll unter anderem der 3D-Druck von Sensoren im Gesundheitsbereich, die visuell und farbenfroh mit dem Träger interagieren. Das Material kann mit dem Direct-Ink-Writing-Verfahren in 3D gedruckt werden. Für Gesundheitssensoren, dekorative Beleuchtungen und mehr

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Logo TU Eindhoven.Forscher der TU/e haben laut einer Pressemitteilung neues Tintenmaterial entwickelt, mit dem der 3D-Druck cholestrischer Flüssigkristalltintenmaterialien möglich ist. In einer Arbeit mit dem Titel „Anisotropic Iridescence and Polarization Patterns in a Direct Ink Written Chiral Photonic Polymer“ in der Fachzeitschrift Advanced Materials haben sie ihre Ergebnisse dazu veröffentlicht.

Irisierende Farben mit 3D-Druck verarbeiten

Wer Schmetterlingsflügel aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet, der wird laufende Farbänderungen erkennen. Diese irisierenden Farben befinden sich auch in Perlmutt und anderen natürlichen Elementen. Künstlich geschaffene cholesterische Flüssigkristalle verfügen über flüssige und kristalline Eigenschaften und können die Farben von Schmetterlingsflügeln nachahmen. Sie kommen in Fernsehern und Smartphones zum Einsatz. Es ist jedoch schwierig, sie mit schnellen Produktionsmethoden wie dem 3D-Druck zu verarbeiten. Um sie in Anwendungen für Gesundheitssensoren oder dekorativen Beleuchtungen nutzen zu können, fehlte es bisher an einfachen Wegen, cholesterische Flüssigkeitskristalle herzustellen.

Neue Tinte für den 3D-Druck entwickelt

Forscher des Fachbereichs Chemieingenieurwesen und Chemie der TU/e haben mit TNO, DSM, dem Brightlands Materials Center (im DynAM-Konsortium) und SABIC eine von der Natur inspirierte Tinte auf Flüssigkristall-Elastomerbasis entwickelt, die über Direct-Ink-Writing in 3D gedruckt werden kann.

Der Hauptautor der Studie, Ph. D. Kandidat Jeroen Sol, erklärte:

„DIW ist ein auf Extrusion basierender 3D-Druck-Ansatz, bei dem eine Tinte Schicht für Schicht aus einer kleinen Düse auf eine Oberfläche aufgetragen wird. Derzeitige cholesterische Flüssigkristalltinten können nicht mit DIW gedruckt werden, daher haben wir eine mit DIW kompatible Flüssigkristalltinte entwickelt.“

3D-gedruckter Schmetterling
Laut Sol haben die Forscher Parameter wie Druckgeschwindigkeit und Temperatur variiert, um die Druckbarkeit mit DIW zu erreichen (Bild © Jeroen Sol).

3D-Druck des Materials mit DIW

Die präzise spiralförmige Ausrichtung der Moleküle im gesamten Material bringt die lichtreflektierenden Eigenschaften, weshalb eine Feinabstimmung des Druckprozesses erforderlich ist. Die Moleküle in der Tinte können sich selbst zu Strukturen zusammenfügen, die den natürlich irisierenden Materialien ähnliche Farben aufweisen. Durch die höhere Viskosität sind sie geeignet für das Direct-Ink-Writing-3D-Druckverfahren (DIW). Die neue Tinte ist einfach herzustellen und leicht zu verarbeiten.

Laut Sol haben die Forscher Parameter wie Druckgeschwindigkeit und Temperatur variiert, um die Druckbarkeit mit DIW zu erreichen. Die Flüssigkeitskristalle der Tinte haben zudem ein niedriges Molekulargewicht. Die nanoskalige molekulare Ausrichtung lässt sich durch Variation der Druckgeschwindigkeit exakt steuern. Die Forscher erhalten bessere Kontrolle über Lichtreflexionseigenschaften und Aussehen des Materials. Mit der DIW-druckbaren Flüssigkristalltinte könnten künftig personalisierte Medizinprodukte wie dünne tragbare Biosensoren verwendet werden, die visuell und farbenfroh mit dem Träger interagieren.

Sol ergänzte:

„Darüber hinaus kann die Kombination unserer neuen Tinte und DIW verwendet werden, um die speziellen optischen Strukturen zu drucken, die für Augmented-Reality-Headsets benötigt werden, bei denen reale und künstliche Bilder nahtlos kombiniert werden. Die neuen Materialien könnten ihren Weg in die HoloLenses der Zukunft finden – das wäre jetzt etwas Außergewöhnliches!“

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