US-Forscher entwickeln neuartiges Gel, mit dem selbst reparierende Objekte aus dem 3D-Drucker möglich werden

Einem US-Forscherteam an der Viterbi – Ingenieurschule der University of Southern California gelang per 3D-Druck die additive Fertigung eines Gummimaterials, welches über Selbstheilungskräfte verfügt. Wie es in einer Mitteilung der Universität heißt, Bauteil wird das Objekt schichtweise aufgebaut und an allen Stellen ausgehärtet, die bestehen bleiben sollen. Ein selbstheilendes Gel aus dem 3D-Drucker wurde bereits von Forschern der Universität Melbourne entwickelt. Die britischen Forscher haben ein Gel entwickelt, das zum Beispiel die teure Reparatur eines Handydisplays überflüssig machen könnte. Der Handybesitzer können die Reparatur dann einfach selber vornehmen.

Fotopolymerisation

Die Forscher an der Viterbi Ingenieurschule nutzen für ihre selbstheilende Gummiobjekte zur Aushärtung des Gels die Fotopolymerisation, bei der sich das flüssige Ausgangsmaterial in eine feste Form verwandelt, sobald es mit UV-Licht in Berührung kommt. Die gleiche Technik verwenden Zahnärzte, um damit Plomben auszuhärten.

Im Rahmen einer Fotopolymerisation reagiert Licht mit einer chemischen Gruppe, die als Thiole bezeichnet wird. Wenn ein Oxidationsmittel beigemischt wird, werden die Thiole zu Disulfiden. Disulfide entwickeln Selbstheilungskräfte. Die Forscher standen vor der Herausforderung, eine ausreichende Menge an Thiolen zu erzeugen, dass der Aushärtungsprozess nicht gefährdet ist. Eine angemessene Zahl an Disulfiden muss außerdem vorhanden sein, damit das Material eine Selbstreparatur vornehmen kann.

Von den Materialwissenschaftlern konnte das optimale Verhältnis zwischen Polymerisation und Selbstheilung ermittelt werden. Der 3D-Druck einer Schuhsohle nimmt rund 20 Minuten in Anspruch. Kommt es zu einem Riss, so wird er bei 60 Grad Celsius Erwärmung des Materials in wenigen Sekunden geschlossen.

Der Einsatz bei Soft Robotics

Wie Assistenzprofessor Qiming Wang erklärte, funktioniert die selbstheilende Technik auch bei anderen Bauteilen. Die Technik verwendete sein Team auch mit Soft Robotics und sind weiche Greifarme, die zum Beispiel ein rohes Ei ohne Zerbrechen packen können.

Bislang arbeiteten die Materialwissenschaftler mit weichen Materialien und entwickeln nun einen sich selbst reparierenden Hartkunststoff. Der Hartkunststoff ist zum Beispiel für Karosserien von PKWs geeignet. Die Selbstheilung beginnt bei Zimmertemperaturen und geringeren Temperaturen, jedoch nimmt der Reparaturvorgang mehr Zeit in Anspruch.

Anschauungsbeispiel im Video