Der 3D-Druck in flüssigen Medien gestaltet sich oft sehr schwierig. Bisher gibt es kaum Forschungen zu diesem Thema. Forscher aus China nahmen sich diesem Thema jetzt an und haben in einer wissenschaftlichen Arbeit jetzt ihren ersten Forschungsergebnisse zum Liquid-in-Liquid-3D-Druck vorgestellt. Das Verfahren soll unter anderem dazu beitragen organische Strukturen und möglicherweise auch Organe mit dem 3D-Drucker herstellen zu können.

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Shenzen University Logo3D-Druck in flüssigen Medien gestaltet sich sehr schwierig. Der Liquid-in-Liquid-3D-Druck ermöglicht es den Forschern, der Schwerkraft zu entkommen und damit Teile herzustellen, die einen volumetrischeren Ansatz erfordern, so der Grundgedanke dieses Verfahrens. Das sind zum Beispiel biologische Strukturen und Organe.

Wie das „ScienceMag“ berichtet, haben Forscher verschiedener akademischer Einrichtungen und der Shenzhen University das Liquid-in-Liquid Bioprinting untersucht und ihre Ergebnisse im Artikel „Freeform, Reconfigurable Embedded Printing of All-Aqueous 3D Architectures“ vorgestellt.

3D-Druck von Blutgefäßen und Körperteilen

Komplizierte Blutgefäße und Körperteile lassen sich nur schwer mit 3D-Druck replizieren, da sich vaskularisiertes Gewebe beim üblichen 3D-Druck von festen Schichten nur schwer aufbauen lässt. Man bräuchte Stützgerüste, die später oftmals nicht entfernt werden können.

Die Stützstrukturen durch Flüssigkeiten zu ersetzen wäre eine Lösung. Dabei würde eine speziell entworfene Flüssigkeitsmatrix in die Flüssigkeitsmuster eingespritzt, bevor die „Tinte“ gesetzt und die Matrix abgelassen wird. Das gelang bisher noch nicht, da die Oberfläche dabei geschrumpft ist und Strukturen zu nutzlosen Klumpen zerfielen. Ein ähnliches Problem hatten auch der Fahrzeughersteller BMW und die Forscher vom MIT, als sie einen Weg suchten, aufblasbares 3D-Druckmaterial für Fahrzeuginnenräume zu entwickeln.

Schema zum 3D-Druck mit hydrophilen Polymeren
Das Forscherteam griff bei seinen Versuchen auf hydrophile flüssige Polymere zurück (Bild © Guanyi Luo, Yafeng Yu, Yuxue Yuan Xue Chen, Zhou Liu, Tiantian Kong).

Hydrophile flüssige Polymere

Wasserstoffbrückenbindungen bilden dank ihrer Anziehungskraft eine stabile Membran, weshalb die Forscher aus China auf hydrophile flüssige Polymere zurückgriffen. Sie gingen davon aus, dass so viele verschiedene Polymerkombinationen möglich wären. Bei ihren Versuchen setzten sie auf eine Polyethylenoxidmatrix und eine Tinte aus einem Kohlenhydratmolekül namens Dextran. Diese Tinte pumpten sie mit einer Injektionsdüse in die Matrix, die sich durch die Flüssigkeit bewegen und bereits gezeichnete Linien aufsaugen und neu schreiben kann. Die entstandenen flüssigen Strukturen behalten ihre Form bis zu zehn Tage, bevor sie sich vereinigen.

Die Forscher druckten auf diese Weise einige komplexe Formen wie tornadoeske Wirbel, Einfach- und Doppelhelices, verzweigte baumartige Formen und eine Form, die einem Goldfisch ähnelt. Nach dem Druck kamen Polyvinylalkohol zum Tintenanteil der Struktur dazu. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass komplexe 3D-gedruckte Gewebe durch das Einbeziehen lebender Zellen in die Tinte durchaus umsetzbar wären.

Liquid-in-liquid-3D-Druck
Das Liquid-in-liquid-3D-Druckverfahren ist ein Beitrag zur Entwicklung von Möglichkeiten in Zukunft Organe mit einem 3D-Drucker herzustellen (Bild © G. LUO ET AL., ADVANCED MATERIALS (2019) 1904631)

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