US-Forschende arbeiten an 3D-gedruckte Sensoren, die chemischen Kampfstoffe erkennen

Dr. Brian Hauck, ein Forschungschemiker des U.S. Army Combat Capabilities Development Command Chemical Biological Center (DEVCOM CBC), und sein Forschungsteam begannen mit einer Frage: Was wäre, wenn man einen Sensor in 3D drucken könnte, der seine Farbe in Gegenwart von chemischen Kampfstoffen und toxischen Industriechemikalien ändert?

Unterstützt durch ein Startkapital von 30.000 US-Dollar, welches das DEVCOM CBC über das „Quick Empowerment leads to Successful Tomorrows“ Programm (QUEST) bereitstellte, begann das Team mit der Forschung. Innerhalb des Programms, das Projekte mit einer Bandbreite von 5.000 bis 100.000 US-Dollar fördert, konnte Haucks Team seine Idee vorführen und erhielt die notwendige Finanzierung für die Durchführung.

Das Hauptziel des Projekts war es, kommerziell verfügbare Filamente für das Fused Deposition Modeling, einem gängigen 3D-Druckverfahren, so zu modifizieren, dass sie wie ein pH-Teststreifen auf chemische Einflüsse reagieren und ihre Farbe ändern. Das Forschungsteam entwickelte ein Verfahren, bei dem ein Filament in einen flüssigen Indikator getaucht, anschließend getrocknet und verschiedenen chemischen Dämpfen ausgesetzt wurde. Nach zahlreichen Experimenten stellte sich heraus, dass weißes Nylon, das 15 Minuten lang eingeweicht und vier Stunden getrocknet wurde, die besten Ergebnisse lieferte.

Die erfolgreiche Entwicklung dieser Technologie eröffnet nun weitere Forschungsmöglichkeiten, etwa die Integration neuartiger farbverändernder Chemikalien direkt in das Kunststoffmaterial des Filaments. Ziel ist es, eine Spule von farbveränderndem Filament zu schaffen, das auch während des 3D-Druckprozesses seine sensorischen Eigenschaften beibehält.

Die Forschungsergebnisse haben bereits das Interesse der Defense Logistics Agency (DLA) geweckt, da diese Technologie die logistische Last der Bereitstellung von Feldsensoren für Soldaten erheblich reduzieren könnte. In Zukunft könnten 3D-Drucker und Materialien nahe der Frontlinie eingesetzt werden, um maßgeschneiderte Sensoren in den benötigten Formen zu produzieren.

Das Team plant, die bisherigen Ergebnisse des ChROMa-Projekts bei der DLA im Rahmen der Emergent IV Broad Agency Announcement einzureichen, einem Förderprogramm für wissenschaftliche Studien und Experimente, die den aktuellen Stand der Technik im Bereich der additiven Fertigung vorantreiben sollen.