"Lebende Polymerisation": „Living Additive Manufacturing“ ermöglicht chemische Veränderung 3D-gedruckter Materialien

 16. Januar 2017  Susann Heinze-Wallmeyer  

Wissenschaftler des MIT haben eine neue 3D-Druck-Technik entwickelt, bei der die chemische Struktur des Objekts sowie die chemische Verbindung mehrerer mittels 3D-Druck gefertigter Objekte auch nachträglich verändert werden kann.

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Logo Massachusetts Institute of TechnologyBisher konnten 3D-gedruckte Objekte zwar nachbearbeitet, abgeschliffen oder verkleinert werden, von der Struktur und der chemischen Verbindung her waren sie aber unveränderlich. Deshalb hat sich eine Gruppe von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology daran gemacht, eine neue Technik für 3D-Druck-Objekte zu entwickeln, deren Zusammensetzung auch nach der Fertigstellung des Objekts geändert werden kann. Zugleich ist es auch möglich, mehrere 3D-gedruckte Objekte miteinander zu verschmelzen.

Veränderungen durch blaues LED.
Gegenüberstellung Originalmaterial und Verschmelzung mit blauem LED. (Bild: ©
Demin Liu und Jeremiah Johnson, MIT).

Veröffentlicht wurden die Forschungsergebnisse in der aktuellen Ausgabe des ACS Central Science. Zu den Hauptautoren gehören Mao Chen und Yuwei Gu sowie Jeremiah Johnson. Letzterer erklärte die neue Technologie, mit der die Komplexität der 3D-gedruckten Objekte erhöht werden kann, folgendermaßen:

„Die Idee ist, dass man ein Material drucken und anschließend dieses Material wieder nutzen und unter Verwendung von Licht in etwas anderes verwandeln kann oder das Material weiter wachsen lässt.“

Die Stereolithographie, eine Flüssigharz-3D-Druck-Technologie, wird von Unternehmen wie beispielsweise Formlabs genutzt, ein Spin-off-Unternehmen des MIT. Ein stereolithographischer 3D-Drucker bringt bei der von den MIT-Wissenschaftlern entwickelten Technologie eine Reihe von hellen Projektionen auf einer Wanne aus flüssigem Harz auf, welches auf das Licht reagiert und aushärtet. Schicht für Schicht wird so ein fester Gegenstand hergestellt. Durch die Stereolithographie und die Kombination mit einer Technik, die als „lebende Polymerisation“ bekannt ist, konnte das Forscherteam rund um Jeremiah Johnson Materialien produzieren, deren Wachstum an passender Stelle gestoppt und später wieder aufgenommen werden kann.

Forscherteam
Ein Teil dieser Mitarbeiter der Johnson Group am MIT war an der Erforschung des Living Additive Manufacturings beteiligt. (Bild: © mit.edu)

Bereits im Jahr 2013 war es den MIT-Forschern gelungen, durch UV-Licht Polymere 3D-gedruckter Strukturen auseinanderbrechen zu lassen und reaktive Moleküle zu erzeugen, die sie als „freie Radikale“ bezeichneten. Diese können sich an neue Monomere binden und somit nahezu unendlich wachsen. Werden sie ausgeschaltet, halten sie ihr Wachstum an. Die Kontrolle dieser freien Radikalen gestaltete sich als sehr schwierig. Erst seitdem blaues LED-Licht verwendet wird, können neue Monomere gleichmäßig zugegeben werden, die für neue Materialeigenschaften sorgen. So habe man „eine wirklich lebende Methode entwickelt, bei der wir makroskopische Materialien verwenden und diese so, wie wir es wollen, wachsen lassen können“, so Johnson weiter.

Durch die Zugabe bestimmter Monomere waren die Wissenschaftler auch in der Lage, zwei 3D-gedruckte Objekte durch LED-Licht miteinander verschmelzen zu lassen. Dadurch lassen sich große chemische 3D-gedruckte Strukturen von beispielloser Komplexität schaffen, so die Forscher weiter.

Gegenüberstellung Eltern- und Tochtermaterial.
Gegenüberstellung des Eltern- und Tochtermaterials. (Bild: © mit.edu)

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