Forscher aus Delft entwickeln FDM-Druckverfahren für selbstheilendes TPU

Der 3D-Druck von selbstheilenden Polymeren zielt darauf ab, die Lebensdauer von Produkten zu verlängern, indem Schäden wie Risse und Kratzer repariert werden. Dadurch soll die Qualität und Haltbarkeit der Teile erhöht werden. Thermoplastische Polyurethane (TPU) haben auf dem Gebiet der selbstheilenden Polymere aufgrund ihrer Beschaffenheit bei Raumtemperatur und ihrer guten mechanischen Eigenschaften große Aufmerksamkeit erregt.

Jetzt haben Forscher der Technischen Universität Delft ein Verfahren entwickelt, um selbstheilendes TPU (SH-TPU) bei Raumtemperatur mittels Fused Deposition Modeling (FDM) in 3D zu drucken.

Für ihre Studie wollten die Delfter Forscher ein Verfahren für den 3D-Druck von Niedrigtemperatur-SH-TPU mit FDM herstellen und mechanisch testen. Zunächst wurde das SH-TPU als Polymerblock hergestellt und dann zu einem 3D-druckbaren Filament verarbeitet, bevor es erfolgreich auf einem modifizierten Ultimaker 2+ gedruckt wurde. Der Druckkopf der Maschine wurde durch einen E3D Titan-Extruder ersetzt und ein zusätzlicher Lüfter wurde installiert, um die Stabilität des Materials nach dem Verlassen der Düse zu gewährleisten. Die G-Code-Dateien für den Druck wurden dann mit der Ultimaker-Software CURA erstellt, um rechteckige Blöcke mit den Maßen 20x10x4 mm zu drucken.

Die SH-TPU-Muster wurden bei drei verschiedenen Druckkopftemperaturen gedruckt: 225, 230 und 235 Grad Celsius. Die bei 230 Grad gedruckten Proben wurden aufgrund der visuellen Inspektion als die qualitativ besten eingestuft. Die Forscher bewerteten die mechanischen Eigenschaften der 3D-gedruckten Proben mithilfe eines Druck-Schnitt-Tests und beobachteten außerdem ihr Selbstheilungsverhalten, indem sie einen kontrollierten Schnitt anbrachten und das mechanische Verhalten der geheilten Proben testeten.

Während des Heilungsprozesses wurden die geschnittenen Proben für 24 Stunden in einem Ofen bei 30 Grad Celsius belassen. Laut den Forschern wurde die Fähigkeit des SH-TPU, Schnittverletzungen vollständig zu heilen und die Bruchfestigkeitseigenschaften wiederherzustellen, während der Studie vollständig nachgewiesen.

Weitere Details der Studie finden Sie in dem Artikel “3D Printing of a Self-Healing Thermoplastic Polyurethane through FDM: From Polymer Slab to Mechanical Assessment“, der in der Zeitschrift Recent Advances in Self-Healing Polymers veröffentlicht wurde. Der Artikel wurde von L. Ritzen, V. Montano und S. Garcia mitverfasst.