4D-Druck von recycelbaren Leichtbauarchitekturen

Die Autoren Ang Li, Adithya Challapalli und Guoqiang Li untersuchen einen Trend, der weiter zunimmt: den 4D-Druck. Ihre Ergebnisse werden im kürzlich veröffentlichten Arbeit “4D Printing of Recyclable Lightweight Architectures Using High Recovery Stress Shape Memory Polymer” erläutert.

Hochleistungs-Leichtbauarchitekturen wie metallische Mikrogitter mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften wurden 3D-gedruckt, besitzen jedoch keinen Formgedächtniseffekt, wodurch ihre Verwendung für fortschrittliche Konstruktionsstrukturen eingeschränkt wird, z. B. als Kern für multifunktionale leichte Sandwichstrukturen. Eine Lösung könnten 3D-druckbare selbstheilende Formgedächtnis-Polymer-Mikrogitter (shape memory polymer SMP) sein. Bestehende 3D-druckbare duroplastische SMPs sind jedoch entweder auf geringe Festigkeit, schlechtes Spannungsgedächtnis oder Nichtrecyclingfähigkeit beschränkt. Um dieses Problem zu lösen, wurde in der Studie ein neues duroplastisches Polymer entwickelt, das mit hoher Festigkeit, hoher Rückstellspannung, perfekter Formwiederherstellung, guter Wiederverwertbarkeit und 3D-Bedruckbarkeit unter Verwendung von Direktlichtdruck integriert ist.

3D-gedruckte Formgedächtnispolymere bieten tendenziell ein besseres Potenzial, eine höhere Produktionsgeschwindigkeit, einen geringeren Energieverbrauch und eine geringere Nachbearbeitung. Der Formgedächtniseffekt wird in der Regel ebenfalls verbessert, was letztendlich der Prozess des 4D-Drucks ist. Dabei entstehen auf Reize reagierende, sich selbst entwickelnde Funktionen, die eine bessere Leistung für tragende Teile und Strukturen bieten. Vor dieser Studie fanden die Forscher jedoch eine Ressource für SMPs mit fehlender hoher Stressleistung. Um ein leistungsfähigeres SMP zu erstellen, mussten Duroplaste und DLP- oder SLA-Methoden zum Einsatz kommen.

3D-gedruckte Formgedächtnispolymere bieten tendenziell ein besseres Potenzial, eine höhere Produktionsgeschwindigkeit, einen geringeren Energieverbrauch und eine geringere Nachbearbeitung. Der Formgedächtniseffekt wird in der Regel ebenfalls verbessert, was letztendlich der Prozess des 4D-Drucks ist. Dabei entstehen auf Reize reagierende, sich selbst entwickelnde Funktionen, die eine bessere Leistung für tragende Teile und Strukturen bieten. Vor dieser Studie fanden die Forscher jedoch eine Ressource für SMPs mit fehlender hoher Stressleistung. Um ein leistungsfähigeres SMP zu erstellen, mussten Duroplaste und DLP- oder SLA-Methoden zum Einsatz kommen.

Das 3D printable and recyclable shape memory polymer (3D-RSMP)-Produkt scheint bislang das einzige SMP zu sein, das sowohl 3D-gedruckt als auch recycelt werden kann – mit einer Wiederherstellungsbelastung von mehr als 10 MPa.

 „Die Ergebnisse zeigen, dass das kubische Mikrogitter eine mechanische Festigkeit aufweist, die mit der von metallischen Mikrogittern vergleichbar ist oder diese sogar übertrifft, ein gutes SME, eine anständige Rückstellspannung und Recyclingfähigkeit aufweist. Dies macht es zur ersten multifunktionalen Leichtbaustruktur für potenzielle multifunktionale Leichtbaustrukturanwendungen” Schlussfolgerten die Forscher.