Quantenpunkte versprechen bessere Materialeigenschaften im SLA-3D-Druck

Stereolithografie (SLA) ist ein gängiges 3D-Druck-Verfahren, bei dem die Photopolymerisation eine Schlüsselrolle spielt. Konventionelle Photoinitiatoren, die diesen Prozess auslösen, sind jedoch toxisch, teuer und lassen sich nur schwer an unterschiedliche Lichtwellenlängen anpassen. Zudem degradieren organische UV-gehärtete Initiatoren unter Sonnenlicht, was die Qualität der 3D-gedruckten Teile beeinträchtigt.

Forscher der Carleton University und der University of Northern British Columbia haben nun einen vielversprechenden Ansatz vorgestellt, um diese Probleme zu überwinden. In ihrer Studie, veröffentlicht im Journal Industrial Chemistry & Materials, zeigen sie, dass ungiftige und kostengünstige Titandioxid-Quantenpunkte die Photopolymerisation in Epoxidharz mittels UVC-Licht auslösen können. Diese kurzwellige UV-Strahlung ist nicht in Sonnenlicht enthalten. Zudem bleiben die Quantenpunkte unter UVA-Licht, das in Sonnenlicht vorkommt, stabil, sodass fertig gedruckte Teile langfristig ihre Eigenschaften behalten.

“Unser Ansatz ermöglicht eine präzise Kontrolle darüber, unter welchen Lichtwellenlängen die Photopolymerisation stattfindet bzw. nicht stattfindet”, erklären die Wissenschaftler. Dies verbessere die Ergebnisse des SLA-3D-Drucks deutlich.

Die Titandioxid-Quantenpunkte wurden mittels Flammenspray-Pyrolyse hergestellt, bei der eine Flüssigkeit durch eine Flamme erhitzt wird und Nanopartikel entstehen. Durch Beimischung von Silica konnten die Forscher sehr kleine, “quantenphysikalische” Kristallgrößen erzeugen. Die Lichtwellenlänge, auf die die Partikel ansprechen, lässt sich über die Größe einstellen – hier UVC.

Im Vergleich zu handelsüblichen organischen Initiatoren zeigten die 3D-gedruckten Epoxidfilme mit den neuen Quantenpunkten deutlich bessere mechanische Eigenschaften und eine sehr viel höhere Lichtbeständigkeit. Nach 500 Stunden UVA-Bestrahlung blieben die Proben stabil, während Vergleichsproben mit organischen Initiatoren bereits nach 300 Stunden komplett degradiert waren.

Die Forscher sehen enormes Potenzial für Quantenpunkte im SLA-Druck, da Titandioxid ungiftig, kostengünstig und in großen Mengen verfügbar ist. Weitere Details findet man in der Arbeit mit dem Titel: “Photo-polymerization using quantum dots for stable epoxy coatings“