Ein Team österreichischer Forscher der Technischen Universität Wien hat jetzt einen innovativen Ansatz für den hochauflösenden 3D-Druck von zähen, homogen vernetzten und maßgeschneiderten Photopolymeren auf Methacrylatbasis gefunden. Wir stellen das neuartige Verfahren einmal genauer vor.

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Die Technische Universität Wien (TU) hat vor Kurzem ein vielversprechendes 3D-Druckverfahren entwickelt, wobei eine Kunststoffblende gedruckt und damit ein Terahertzstrahl manipuliert wird. Jetzt hat die TU Wien einen neuen und innovativen Ansatz für den hochauflösenden 3D-Druck von zähen, homogen vernetzten und maßgeschneiderten Photopolymeren auf Methacrylatbasis entwickelt.

Bei dieser Methode werden mit Licht Beschichtungen, einschließlich Druckfarben, Lacken und Zahnfüllungen ausgehärtet. Lediglich maßgeschneiderte und homogene Polymernetzwerke können zur Zeit noch nicht produziert werden. Sollte dies jedoch gelingen, werden die Materialien spröde sein, was am Ende die Nutzung von Photopolymeren für Anwendungen im Bereich der Mikroelektronik, Biomedizin und des 3D-Drucks einschränkt.

Der Aushärtungsprozess

Üblicherweise ist Lichthärtung eine radikale Kettenpolymerisation, bei der ein Initiator durch Lichtenergie in Radikale gespaltet wird, die das Monomer angreifen, wonach wiederum ein neues Radikal gebildet wird. Dieses neu gebildete Radikal wird zum Ausgangspunkt eines Polymernetzwerks, indem es immer mehr Monomere angreift und sich an diese bindet. Der Aushärtungsprozess wird durch neue Methoden zur besseren Kontrolle der Materialeigenschaften der Produkte und der radikalischen Photopolymerisation verlangsamt, da dieser Prozess für den 3D-Druck nicht üblich ist. Für wirtschaftliche Produktionszeiten und hohe räumliche Auflösung ist eine kurze Bestrahlungsphase entscheidend.

Grafik zur entwickelten Methode der TU Wien
Die TU Wien hat einen neuen und innovativen Ansatz für den hochauflösenden 3D-Druck von zähen, homogen vernetzten und maßgeschneiderten Photopolymeren auf Methacrylatbasis entwickelt (Bild © Wiley).

Methode zur maßgeschneiderte Produktion von Photopolymeren

Jetzt wurde von Robert Liska und seinem Team an der Technischen Universität Wien eine Methode für die maßgeschneiderte Produktion von Photopolymeren neue Ansätze auf Basis von Methacrylat entwickelt. Dabei verwendete sein Ansatz einen Ester aktivierten Vinylsulfonatester als Kettenübertragungsmittel, da er von sich selbst leicht einen Teil abspalten kann, um den Prozess in Gang zu setzen. Wenn anstelle eines anderen Monomers EVS von einem wachsenden Polymernetzwerk angegriffen wird, bildet sich sofort ein Intermediat. Danach spaltet es sich schnell auf, um ein hochreaktives Radikal und eine terminierte Polymerkette im Netzwerk zu bilden, die danach wieder eine neue Kettenreaktion in die Wege leiten. Die durchschnittliche Kettenlänge des Polymernetzwerkes ist kürzer, je mehr EVS hinzugefügt wird. Außerdem ist während der Aushärtung die Gefahr von Schrumpfrissen deutlich reduziert, ist in der Abhandlung zu diesem Verfahren mit dem Titel “Vinyl Sulfonate Esters: Efficient Chain Transfer Agents for the 3D Printing of Tough Photopolymers without Retardation“ online nachzulesen.

Dabei wird die Polymerisation im neuen Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen Kettenübertragungsmitteln nicht gehemmt. Die Forscher haben eine Probenstruktur mit einem Methacrylat-Copolymer aufgebaut, das einem Gerüst ähnelt, um dies zu testen. In der Struktur waren einzelne Schichten mit einer 50 μm Dicke räumlich gut aufgelöst. Das Material ist mit hoher Zugfestigkeit elastisch und stoßfest, aber auch sehr homogen. Diese Eigenschaften können mit der Änderung des hinzugefügten EVS angepasst werden, denn ohne EVS wäre das Material zum 3D-Drucken zu spröde. Abonnieren Sie ganz einfach und unverbindlich unseren kostenlosen Newsletter und bleiben Sie stets über alle Neuigkeiten aus der Welt der 3D-Drucker auf dem Laufenden.

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