Neues 3D-Druckverfahren macht zwei Materialien aus einem Harz
Innovatives Material reagiert auf UV-Licht anders als auf sichtbares Licht
Rezepte aus einem Topf machen die Zubereitung von Mahlzeiten schnell und einfach. Und der 3D-Druck aus einem Topf könnte dasselbe für die additive Fertigung leisten. Jetzt haben Forscher, die in ACS Central Science veröffentlichen, ein neues Harz vorgestellt, das gleichzeitig feste Objekte und auflösbare Strukturträger erzeugt, je nachdem, welcher Art von Licht das Harz ausgesetzt wird. Dieser Ansatz könnte die Anwendungsmöglichkeiten für 3D-gedruckte Objekte erweitern, darunter Gerüste für die Gewebezüchtung, Gelenke und Scharniere.
Aufwändige mehrteilige Objekte wie diese Kette können mit einer neuen Vat Polymerisationstechnik auf einmal gedruckt werden.
Adapted from ACS Central Science 2025, DOI: 10.1021/acscentsci.5c00337
"Die Vat-Photopolymerisation ist für ihren schnellen und hochauflösenden Druck bekannt, aber einer der nervenaufreibendsten Teile nach dem Druck ist das manuelle Entfernen von Stützen für komplizierte ineinander greifende und überhängende Strukturen", sagt Maxim Shusteff, einer der korrespondierenden Autoren der Studie. "Wir sind begeistert, dass wir dieses Problem mit einfacher Chemie lösen können".
Bei der Vat-Polymerisation werden feste 3D-Objekte erzeugt, nachdem Lichtstrahlen auf photoreaktive flüssige Harze gestrahlt wurden. Diese Methode des 3D-Drucks ist in der Regel schnell und kostengünstig. Für komplizierte Objekte, die mit der Vat-Polymerisation hergestellt werden, sind jedoch in der Regel Stützen wie temporäre Gerüste erforderlich, die angebracht werden, wenn das ursprüngliche Objekt in eine zweite Charge des Harzes getaucht wird. Dieser zweite Schritt ist zeit- und kostenaufwändig, da zusätzliches Harz und zusätzlicher Aufwand zum Entfernen der temporären Stützen erforderlich sind. Shusteff, Sijia Huang und Kollegen haben eine Eintopf-Methode für die Vat-Photopolymerisation entwickelt, indem sie ein einziges Harz formulierten, das bei Bestrahlung mit UV-Licht zu dauerhaften und bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht zu auflösbaren Materialien aushärtet. Außerdem haben sie einen speziellen 3D-Drucker entwickelt, der beide Arten von Licht ausstrahlt, so dass die Forscher ein Objekt und dessen Träger gleichzeitig drucken können.
Die Forscher mischten verschiedene Komponenten, darunter Acrylat-/Methacrylat- und Epoxidmonomere sowie photoreaktive Substanzen, die sowohl sichtbares als auch UV-Licht absorbieren, um ihr Ein-Topf-Harz herzustellen. Bei ersten Tests mit der photoreaktiven Substanz stellten sie fest, dass sich die Acrylatmonomere unter sichtbarem Licht verfestigten und auflösbare Trägermaterialien auf Anhydridbasis bildeten. Unter UV-Licht, aber nicht unter sichtbarem Licht, härteten die Epoxidmonomere zum festen Bestandteil des Objekts aus. Um das Trägermaterial aufzulösen, legten die Forscher die Objekte bei Raumtemperatur in eine Natriumhydroxidlösung, und das dauerhafte Objekt wurde innerhalb von 15 Minuten sichtbar. Die Forscher stellen fest, dass sich die auf Anhydrid basierenden Gerüste in ungiftige Verbindungen auflösten.
In weiteren Demonstrationen des neuen Ansatzes schuf das Team von Shusteff und Huang immer komplexere Strukturen: ein Schachbrettmuster, ein Kreuz, ineinander greifende Ringe, eine Kugel in einem Käfig und zwei Kugeln in einer Spirale.
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