Neue Ansätze für sichtbares Licht und photoresponsive Polymere

Die Photopolymerisation, eine lichtbasierte 3D-Drucktechnik, nutzt traditionell UV-Licht, um flüssige Harze schnell in feste Objekte zu verwandeln. Sichtbares Licht, eine vielversprechende Alternative, hat in Bereichen wie der Gewebetechnik und der Softrobotik an Bedeutung gewonnen, da es mildere Reaktionsbedingungen, höhere Energieeffizienz und Biokompatibilität bietet. Allerdings war die vergleichsweise langsame Aushärtung bisher eine bedeutende Einschränkung. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Dowon Ahn am Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) hat nun Fortschritte erzielt, die diese Hürde überwinden könnten.

Im Fokus steht ein neuartiges photoinitiierendes System (PIS) für rotes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 620 nm. Es basiert auf einem photoredoxaktiven Katalysator, einem Cyanin-Derivat, kombiniert mit zwei Koinitiatoren: einem elektronenarmen Iodoniumsalz und einem elektronenreichen Borat. Dieses System ermöglicht eine schnelle Polymerisation, indem es Radikale erzeugt, die den Aushärtungsprozess beschleunigen. Gleichzeitig löst es das Problem der spektralen Überlagerung, das bei UV-basierten Verfahren die Integration lichtempfindlicher Polymere erschwert.

Die Forschenden integrierten hexaarylbiimidazol-basierte Crosslinker (HABIs), die dynamische Eigenschaften aufweisen und keine spektrale Interferenz mit dem roten Licht des PIS verursachen. Dadurch können HABI-basierte Materialien nach dem Druck durch blaues oder violettes Licht aktiviert werden, ohne die Druckqualität zu beeinträchtigen. Diese Kombination ermöglicht Funktionalitäten wie Selbstheilung und photochemische Löschung, die für Anwendungen in der Materialwissenschaft und Smart Materials relevant sind.

Das neue Verfahren erreicht Schichtgeschwindigkeiten von bis zu acht Sekunden und eine Auflösung von 20 μm bei niedriger Lichtintensität. Gedruckte Objekte heilen Oberflächenschäden innerhalb von zehn Minuten vollständig aus und bieten durch selektive Lichtbestrahlung auch degradierbare Eigenschaften. Diese Fortschritte verdeutlichen das Potenzial von sichtbarem Licht im 3D-Druck und eröffnen neue Perspektiven für die additive Fertigung intelligenter Materialien.