Forscher der niederländischen TU Delft haben ein Verfahren zum 3D-Druck von sich selbst heilendem TPU entwickelt. Damit sollen unter anderem neue Einsatzmöglichkeiten für weiche Robotik und Unterhaltungselektronik entstehen. Wir fassen die Arbeit der Forscher zusammen.

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Mit sich selbst heilenden Polymeren können Produkte länger halten. Risse und Kratzer würden so wieder verschwinden und die Qualität und Haltbarkeit von Teilen bleibt dabei bestehen. Forscher der TU Delft haben eine Methode entwickelt, wie sie TPU im 3D-Druckverfahren verarbeiten können und sich die Objekte bei Raumtemperatur selbst heilen, ohne dabei ihre anderen mechanischen Eigenschaften zu verlieren.

Die Ergebnisse ihrer Arbeit, zum 3D-Druckverfahren mit sogenanntem self-healing TPU (SH-TPU), haben sie im Fachjournal Polymers im Artikel „3D Printing of a Self-Healing Thermoplastic Polyurethane through FDM: From Polymer Slab to Mechanical Assessment“ veröffentlicht.

Details zum 3D-Druck mit SH-TPU

Reaktionen auf Schnitttest
Reaktionen auf den Schnitttest (Bild © TU-Delft).

Bei dem Verfahren der niederländischen Forscher wurde das selbst heilende TPU bei Raumtemperatur mit Fused Deposition Modeling (FDM) mit einem 3D-Drucker verarbeitet. Beim 3D-Druck mit dem TPU zeigten sich geringere mechanische Abhängigkeiten von den Druckbedingungen und ein Mehrwert von Heilungsschäden bei Raumtemperatur.

 

Die Forscher erklärten außerdem, dass sie selbst heilendes, biologisches Gewebe, wie Haut und Sehnen, untersuchten und die Erkenntnisse in die Materialeigenschaften für den 3D-Druck versuchten einzubringen. Neue Einsatzmöglichkeiten für weiche Robotik und Unterhaltungselektronik schafft.

Vom SH-TPU zum selbst heilenden 3D-Druck-Objekt

Um das Verfahren zu entwickeln, haben die Forscher zuerst das SH-TPU als Polymerplatte synthetisiert und zu 3D-Druck-Material verarbeitet. Anschließend wurde es mit einem Ultimaker 2+ mit einem E3D Titan-Extruder gedruckt. Ein zusätzlicher Lüfter soll dafür sorgen, dass das Material nach dem Verlassen der Düse stabil bleibt.

Zur Probe druckten die Forscher rechteckige Blöcke mit den Abmessungen 20 x 10 x 4 mm bei den Temperaturen 225 Grad Celsius, 230 Grad Celsius und 235 Grad Celsius. Beim Druck mit 230 Grad erreichten die Proben die beste Qualität.

3D-Objekte konnten ihre Schäden vollständig selbst heilen

3D-Objekt aus SH-TPU
Die Wissenschaftler untersuchten unter anderem, wie sich die Selbstheilung eines beschädigtem Würfels aus SH-TPU, der zuvor mit einem FDM-3D-Drucker gedruckt wurde, bei unterschiedlicher Temperatureinflüssen verhält (Bild © TU Delft).

Mit einem Schnitt in die 3D-gedruckten Proben testeten sie das mechanische Verhalten der Proben. Dazu legten sie diese in einen 30 Grad warmen Ofen über 24 Stunden. Die entstandenen Schäden wurden vollständig geheilt und die Bruchfestigkeitseigenschaften wurden wiederhergestellt. Große Variationen im SH-TPU-Filamentdurchmesser führten zu einer ungleichmäßigen Polymerabscheidung während des Druckens, wodurch sich die Druckqualität verringerte. Das ließe sich den Forschern zufolge jedoch optimieren.

Das SH-TPU eignet sich für den LDM-Druck (Liquid Deposition Modeling) von Hydrogelen und temperaturreaktiven Polymeren auf der Basis reversibler kovalenter Bindungen. Auf unserer Themenseite erfahren Sie weitere Neuheiten und Entwicklungen rund um „Filamente und 3D-Druck-Materialien„.

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