Taiwanesische Forscher entwickeln selbstheilendes Glas für den 3D-Druck

Das direkte Schreiben von 3D-Strukturen in Trägermedien ist eine relativ neue Technologie in der additiven Fertigung. Forscher der National Central University, Taiwan, haben ein UV- und hitzebeständiges, selbstheilendes Emulsionsglas entwickelt. Die Eigenschaften machen das flüssigkeitsartige Festkörpermaterial (liquid-like solid, LLS) zu einem idealen Trägermedium. Hierbei werden UV- und hitzehärtbare Tinten direkt in das Material “3D-geschrieben” und können unabhängig vom umgebenden LLS gehärtet werden.

Den Forschern zufolge können LLS-Materialien als robustes Trägermedium für flüssige Tinten verwendet werden. Tinten, die normalerweise zu flüssig sind, um die Form halten zu können, können LLS-Materialien dabei helfen feste Formen beizubehalten. PDMS (Polydimethylsiloxan), ein Elastomer, ist zum Beispiel biokompatibel, ungiftig und optisch neutral, was es in Schmiermitteln und Antischaummitteln nützlich macht. Obwohl es UV- und wärmehärtbar ist, sind seine Anwendungen aufgrund seiner extrem niedrigen Prepolymerviskosität und langen Aushärtungszeit weitgehend auf seine flüssige Form beschränkt. Daher ist es allein nicht in der Lage, die gewünschte 3D-Form lange genug beizubehalten, um auszuhärten, sodass ein 3D-Druck kaum möglich ist. Kürzlich wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass das flüssige PDMS in ein LLS-Haltemedium in “3D geschrieben” und nach der Suspension ausgehärtet wird.

Mit dem Ziel, die nächste Generation von Trägermedien zu entwickeln, mischte das Forschungsteam zunächst ein speziell entwickeltes Silikonöl mit Sorbitol und Wasser zu einer wässrigen Lösung. Daraus extrahierten sie ein “stabiles Emulsionsglas”, das später als experimentelles Trägermedium verwendet werden sollte. Das Team entschied sich für die Verwendung von PDMS-Elastomer als Tinte, die in 3D in das Emulsionsglas geschrieben und ausgehärtet werden sollte. Das 3D-Schreibgerät (eine Spritzenpumpe mit einem Düsendurchmesser von 1,83 mm) wurde von Grund auf neu konstruiert.

Um die Eignung des Glases als Trägermedium zu demonstrieren, wurden 3D-Strukturen modelliert und in Proben des Emulsionsglases geschrieben und mit Wärme und UV-Licht ausgehärtet. Für den UV-Prozess wurde eine 365nm-UV-Lampe für 60 Sekunden verwendet und für den thermischen Prozess wurden die Farbglasproben in einem Ofen bei 100°C für eine Stunde erhitzt. Selbst nach sechs Durchläufen von UV- und Wärmebelichtung blieb das Emulsionsglas unbeeindruckt und behielt seine strukturelle Beschaffenheit bei, was ihm seine UV- und Wärmebeständigkeit verleiht. Dies bedeutete, dass das Glas zur gleichzeitigen Härtung von UV- und wärmeempfindlichen Tinten verwendet werden konnte.

Die Forscher kamen auch zu dem Schluss, dass die dicht gepackten Öltröpfchenstrukturen in der wässrigen Matrix dem Glas seine extreme Elastizität verleihen. Dies führte zu einer “selbstheilenden” Fähigkeit, bei der sich alle Löcher oder Einschnitte im Glas automatisch schließen würden.

Die komplette Arbeit wurde unter dem Titel “UV-resistant Self-healing Emulsion Glass as a New Liquid-like Solid Material for 3D Printing” veröffentlicht.