Flexible Verwandlung von 2D in 3D: Französische Forscher entwickeln flexible 3D-Kunststoffmodule für Medizintechnik und Robotik

 21. November 2018  Andreas Krämer  

Forscher der Universität Pierre und Marie Curie in Paris haben flache Kunststoffmodule entwickelt, die sich per Knopfdruck zu dreidimensionalen Strukturen verformen können. Denkbare Einsatzmöglichkeiten für diese Module sind die Medizintechnik und Robotik. Wir stellen die Forschungsarbeit einmal genauer vor.

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Der französische Forscher Emmanuel Siéfert von der Pariser Universität Pierre und Marie Curie entwickelte in Zusammenarbeit mit seinen Kollegen flexible 3D-Kunststoffmodule, die sich auf Knopfdruck in verschiedene 3D-Strukturen verformen. Zum Beispiel können derartige Materialien in der Medizintechnik oder Robotik eingesetzt werden, berichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift nature materials.

Flache Scheiben aus Silikongummi

Emmanuel Siéfert und sein Team fertigten mit einem 3D-Drucker erst einmal flache Scheiben aus Silikongummi. Sie integrierten bei diesem Prozess winzige Kanäle in das Material in Form mehrfach gewundener Schleifen. Verformbare Materialien entwickelten Unternehmen und Forschungseinrichtungen bereits, um die Möglichkeiten des 3D-Drucks auszuweiten. Diese Technologie wird auch als 4D-Druck bezeichnet.

Wenn Luft in die Hohlräume gepumpt wird, wölbt sich das vorher flache Kunststoffstück und formt 3D-Objekte vergleichbar einem Kelch, Sattel oder Zylinder. Beim Absaugen der Luft werden die Mikrokanäle wieder flach, wodurch der biegsame Kunststoff wieder seine Ursprungsform annimmt. Der Prozess kann ohne Probleme zehnmal pro Sekunde durchgeführt werden.

Dreidimensionale Struktur aus Silikongummi
Emmanuel Siéfert und sein Team fertigten mit einem 3D-Drucker erst einmal flache Scheiben aus Silikongummi (Bild © E. Siéfert et al./Université Pierre et Marie Curie/Sorbonne Université).

Software zur Anordnung der Kanäle

Die Form im aufgeblasenen Zustand hing in den Experimenten stark vom Verlauf der Mikrokanäle ab. Die Forscher entwickelten aus diesem Grund eine Software, mit der die Kanal-Anordnung im Vorfeld genau geplant werden kann. Ein komplexeres Modell erzeugte beim Aufblasen zum Beispiel die Struktur eines Gesichts. Ineinander verdrehte Strukturen und asymmetrische Formen wurden in ersten Tests realisiert.

Die Wissenschaftler wollen in Zukunft mit mehreren aufblasbaren Mikrokanälen die Strukturvielfalt weiter erhöhen. Als Anwendungen wurden verformbare Implantate in der Medizintechnik und die Entwicklung von Robotern mit weichen Kunststoffen genannt.

Flexibles Kunststoffmodul
Die Form im aufgeblasenen Zustand hing in den Experimenten stark vom Verlauf der Mikrokanäle ab (Bild © E. Siéfert et al./Université Pierre et Marie Curie/Sorbonne Université).

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