Forscher der Virginia Tech haben gemeinsam mit Michelin North America ein 3D-Druckverfahren für Latexkautschuk entwickelt. Ihre Arbeit haben wurde im ACS Applied Materials & Interfaces unter dem Titel „3D Printing Latex: A Route to Complex Geometries of High Molecular Weight Polymers“ veröffentlicht.
Unter anderem präsentieren sie dabei ihre ersten Erkenntnisse zur Arbeit mit diesem herausfordernden Material, der chemischen Modifizierung flüssiger Latizes, um diese druckbar zu machen, und dem Bau eines 3D-Druckers. An der Entwicklung eines 3D-Druckverfahrens waren Forscher des Macromolecules Innovation Institute (MII), des College of Science und des College of Engineering, wie die Universität in einer Pressemitteilung erklärt. Die Replikation der mechanischen Eigenschaften gelang hierbei besser, als es bei anderen Arbeiten zu diesem Thema der Fall war.
Die Entstehung des 3D-Druckverfahrens
In einem ersten Versuch versuchten die Forscher ein Material zu entwickeln, das über das ideale Molekulargewicht und ideale mechanische Eigenschaften verfügt. Sie probieren kommerziell flüssige Latizes, ein schwer zu veränderndes, sehr zerbrechliches Material. Sie entwickelten eine Gitterstruktur, die die Latexpartikel an Ort und Stelle hält und das Hinzufügen von Photoinitiatoren und anderen Verbindungen ermöglicht. Damit soll der 3D-Druck unter UV-Licht leichter werden.
Eigens entwickelter 3D-Drucker
Zwei der Forscher haben 2017 einen 3D-Drucker entwickelt, bei dem UV-Licht großflächig gescannt wurde und ein Patent dafür eingereicht. Auf dessen Grundlage bauten die Forscher nun einen speziellen 3D-Drucker.
Mit dem 3D-Drucker wird eine dünne Schicht Latexharz überlackiert und ein Projektor härtet einen bestimmten Teil des Baubereichs mit UV-Licht aus. Ein erster Versuch lieferte ungenaue Ergebnisse, da flüssige Latexpartikel außerhalb des projizierten UV-Lichts auf die Latexharzoberfläche gestreut wurden.
In einem zweiten Versuch ergänzten sie eine Kamera. Sie wollten herausfinden, wie das Licht mit dem Material reagiert. So konnten sie die Druckparameter entsprechend anpassen, damit auch nur die beabsichtigte Form ausgehärtet wird.
Anwendungsbereiche
Die 3D-gedruckten Latexteile zeigten in einer Matrix, die als semi-interpenetrierendes Polymernetzwerk bekannt ist, starke mechanische Eigenschaften. Die Forscher gehen davon aus, dass sich damit viele elastische Materialien mit komplexen Formen drucken lassen. Zu den möglichen Materialien gehören starrer Kunststoff, aber auch weicher Kautschuk. 2016 haben German RepRap und Dow Corning ein neues Verfahren namens „Liquid Additive Manufacturing“ zur additiven Fertigung von Prototypen und Kleinserien hochkomplexer Bauteile vorgestellt. Über die weitere Entwicklung auf diesem Gebiet berichten wir auch in Zukunft im 3D-grenzenlos Magazin und kostenlos im Newsletter (hier abonnieren).
