Kanadische Forscher erzeugen 3D-gedruckte Materialien mit Flüssigkeiten

Forscher der University of Calgary haben ein “liquid in liquid” 3D-Druckmaterial entwickelt. Das Team, dem die Forscher Dr. Hossein Hejazi, PhD’11, und Dr. Parisa Bazazazi, PhD’21, sowie Dr. Howard Stone, PhD, von der Princeton University angehörten, verwendete eine Reihe von Flüssigkeiten in der Hoffnung, die richtige Kombination zu finden, um schwammartige Materialien herzustellen.

Traditionell beschränken sich die verwendeten Techniken auf den Druck von Tropfen zu Tropfen und stoßen bei der Herstellung strukturierter Materialien an ihre Grenzen.

Hejazi erklärt, dass er und seine Kollegen Wasser mit Nanopartikeln und Öl mit chemischen Verbindungen oder Tensidmolekülen versetzten.

“Wenn wir dieses Wasser in das Öl einspritzen, verwandelt sich die Grenzfläche zwischen Öl und Wasser spontan in eine Emulsion und bildet eine Grenzflächenhaut aus vielen winzigen Wassertröpfchen, die aneinander haften”, erklärt der Professor für Chemie- und Erdöltechnik.

Im Wesentlichen bilden wir in Öl röhrenartige 3D-Strukturen, die, wie wir zeigen, neue Möglichkeiten für den 3D-Druck eröffnen. Laut Bazazi ist dies ein einfacher Ansatz, da die Haut flexibel ist und sich bei Beschädigung regeneriert.

“Die gedruckten röhrenartigen Strukturen haben eine schwammige Textur, die an miniaturisierte Versionen von Röhrenschwämmen erinnert, die man in den Ozeanen findet”, sagt sie. “Unsere Analyse zeigt, dass sich bei der Erzeugung von Emulsionen stabile flüssige Siliziumdioxid-Filamente bilden, die während des Druckvorgangs an der Grenzfläche verbleiben.

Es einfach halten

Hejazi ist überzeugt, dass der Ansatz des Teams für den 3D-Druck in flüssiger Form einen neuen Weg für eine Vielzahl von Anwendungen eröffnen wird.

Ein zweiter Artikel über den grundlegenden Aspekt derselben Arbeit wurde bereits in der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters unter dem Titel Dynamics of droplet pinch-off at emulsified oil-water interfaces veröffentlicht: Interplay between interfacial viscoelasticity and capillary forces.

“Gedruckte Flüssig-in-Flüssig-Materialien haben viele potenzielle Einsatzmöglichkeiten bei der Energiespeicherung, in Mikroreaktoren und bei der Herstellung biomimetischer Materialien wie Gewebe und Polymere”, sagt er.

Was sich nach außerordentlich mühsamer Arbeit anhört, ist laut Hejazi in Wirklichkeit recht einfach und effizient.

“Alle gedruckten Strukturen in unserer Arbeit sind handgeschrieben und enthalten nur Wasser, Mineralöl, Siliziumdioxid-Nanopartikel und ein öllösliches Tensid, was darauf hindeutet, dass der Druckprozess einfach und nicht invasiv ist und in jedem Labor durchgeführt werden kann, ohne dass externe Kräfte, hochentwickelte Geräte oder spezielle Arten von Klebematerialien erforderlich sind”, erklärt er.

Hejazi, der das Labor für Grenzflächenströmungen und poröse Medien an der Universität von Calgary leitet, hofft, diese Forschungsergebnisse in seiner Arbeit zur Energieerzeugung und -umwandlung weiter ausbauen zu können.

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