Nachhaltige Soft Systems durch Multi-Material-3D-Druck mit organischen Tinten

Die Herstellung komplexer weicher Systeme durch 3D-Druck hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht. In einer aktuellen Studie wurde eine neue Methode vorgestellt, die biologisch abbaubare Materialien für Soft Robotics und medizinische Anwendungen nutzbar macht. Dabei wird ein innovativer Ansatz verfolgt, der Gelatine-basierte Hydrogels mit einem neuartigen Stützmaterial kombiniert.

Die verwendeten Hydrogels bestehen aus Gelatine, Glukose, Wasser und Glycerin. Sie sind thermoreversibel, langlebig und einfach zu verarbeiten. Ergänzt wird dieses Material durch ein biologisch abbaubares Stützmaterial aus Eiweiß und Zuckern, das durch Schaumbildung Stabilität erhält. Dieses Material kann kalt extrudiert werden und ermöglicht den Druck von Strukturen mit Überhängen bis zu 60°. Nach dem Druckprozess wird das Stützmaterial durch eine Ammoniumsulfatlösung selektiv entfernt, ohne die Hauptstruktur zu beschädigen, wodurch komplexe innere Geometrien wie Kanäle oder Hohlräume erzeugt werden können.

Mit dieser Technologie wurden vaskuläre Netzwerke mit Kanälen von nur 700 Mikrometern Durchmesser gedruckt, die beispielsweise in der Gewebekultur oder Mikrofluidik Anwendung finden könnten. Darüber hinaus wurde ein weicher Sensor entwickelt, der mechanische Dehnungen präzise erfasst. Ein weiteres Beispiel ist ein vakuumbasierter Aktuator, der schnelle Bewegungen bei minimalem Energieeinsatz ermöglicht. Dieser Aktuator zeigte sich zudem widerstandsfähig gegenüber mechanischen Beschädigungen und konnte durch Erwärmen repariert werden.

Die Studie liefert detaillierte Einblicke in die Entwicklung und Optimierung der Materialien sowie die technischen Herausforderungen bei der Herstellung komplexer Geometrien. Sie ist in Advanced Materials veröffentlicht.