Neues chemisches Verfahren soll den lichtgesteuerten 3D-Druck verbessern

Forschende der University of Texas in Austin haben ein chemisches Verfahren entwickelt, das den lichtgesteuerten 3D-Druck revolutionieren könnte.

Vat-Photopolymerisation, eine leistungsstarke Form des 3D-Drucks, die durch Licht angetrieben wird, hat große Fortschritte in der Kunststoffherstellung erzielt. Diese Methode verwendet jedoch ultraviolettes (UV) Licht, welches energieintensiv, kostspielig und potenziell schädlich für lebende Zellen ist. Die Chemieforscher der University of Texas in Austin haben nun einen neuen Prozess entwickelt, der sichtbares Licht anstelle von ultraviolettem Licht nutzt. Dieses Verfahren ermöglicht hochpräzise, schnelle und kostengünstige 3D-gedruckte Materialien und hat Potenzial für eine breite Palette von Anwendungen, einschließlich in der Zahnmedizin und Medizin.

“Lichtgesteuerter 3D-Druck oder Photopolymerisation ist schneller und viel präziser als viele andere Verfahren der additiven Fertigung, wie z. B. der Fadendruck, der Hobbyisten oft in den Sinn kommt”, sagte Zak Page, Assistenzprofessor für Chemie und korrespondierender Autor der Studie. “Dieses neue Verfahren verbessert die Präzision des lichtgesteuerten 3D-Drucks weiter und macht ihn gleichzeitig zugänglicher und effizienter, was viele Möglichkeiten eröffnet.”

Der Durchbruch des Forschungsteams wurde durch einen chemischen Prozess namens Triplett-Fusion ermöglicht. Dieser Prozess verwendet einzigartige chemische Strukturen, die niedrigenergetisches, langwelliges Licht, wie grünes Licht, in kürzere, höherenergetische Wellenlängen, wie violettes Licht, umwandeln können. Page und Kollegen hatten zuvor einen Prozess entwickelt, der direkt niedrigenergetisches sichtbares Licht ohne Triplett-Fusion für den 3D-Druck nutzte. Der neue Triplett-Fusionsprozess funktioniert jedoch nach einem Mechanismus, der die räumliche Präzision gedruckter Strukturen verbessert und gleichzeitig eine erhöhte Harzstabilität zeigt, was die Kommerzialisierung erleichtern wird.

Die Forschenden glauben, dass das neue Verfahren für die Entwicklung von Materialien für Medizin, Robotik und Elektronik genutzt werden könnte, wo eine Interaktion mit empfindlichen menschlichen Geweben notwendig ist, und somit Dinge wie Gelenkersatz, Prothesen und Implantate verbessert werden könnten.

“Dies erweitert auch die Art von Verbundwerkstoffen, die wir herstellen können”, sagte Sean Roberts, außerordentlicher Professor für Chemie und Mitautor der Studie. “Derzeit sind Verbundwerkstoffe beim 3D-Druck nur begrenzt einsetzbar, da sie UV-Licht leicht streuen können. Längere Wellenlängen des Lichts werden weniger leicht gestreut und können oft tiefer in die Materialien eindringen. Dies ermöglicht einen flexibleren Druckprozess, und wir können Dinge herstellen, die stärker, flexibler oder widerstandsfähiger sind.”

Connor J. O’Dea, Jussi Isokuortii und Emma E. Comer von der UT waren ebenfalls Autoren des Artikels. Die Forschung wurde von der National Science Foundation, der Robert A. Welch Foundation und der Research Corporation for Science Advancement finanziert.