3D-Druck im Fluss

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Einmal fertig, bleibt alles gleich: Mit modernen 3D-Druck-Verfahren hergestellte Gegenstände und Komponenten haben normalerweise eine festgelegte Struktur. Nachträgliche Änderungen sind nur mechanisch möglich – etwa wenn mitgedruckte Stützgerüste für schwebende Konstruktionen entfernt werden.

Stabil und tragfähig bei Lichteinfall

Ein australisch-europäisches Forscherteam um den Makromolekularchemiker Christopher Barner-Kowollik von der Queensland University of Technology (QUT) hat nun ein Material entwickelt, dessen Struktur sich nachträglich verändern lässt – durch Licht. Üblicherweise dient Lichtbestrahlung dazu, Materialien zu brechen, hier hält sie die Netzwerkstruktur des Materials aufrecht. Die "Bedienung", also die willentliche Veränderung der Materialstruktur, erfolgt praktisch gesehen per Dimmer.

Wird das Material mit grünen LEDs beleuchtet, ist es stabil und tragfähig. Schaltet man das Licht hingegen ab, brechen die chemischen Bindungen auf, das Material wird weich und schließlich sogar flüssig. Der Prozess lässt sich beliebig oft wiederholen. Er erlaubt zudem, die Konsistenz anhand der Lichtbestrahlung einzustellen. Entsprechend ist auch eine erneute Härtung durch Einschaltung des Lichts möglich, wobei der Grad der Festigkeit frei gewählt werden kann.

Komplett neue Materialklasse

Barner-Kowolliks sogenannte lichtstabilisierte dynamische Materialien (LSDM) bestehen aus Naphthalinen und Triazolinedionen (TADs), die sich besonders gut miteinander verkoppeln. Die Forscher hoffen, damit eine komplett neue Materialklasse auf den Markt bringen zu können, sobald sie den Prozess weiter optimiert und schließlich fabrikreif gemacht haben.

Neben der Queensland University of Technology waren auch die Universität von Ghent in Belgien (UGent) und das Karlsruhe Institute of Technology (KIT) in Deutschland an dem LSDM-Projekt beteiligt. An der UGent war Professor Filip Du Prez federführend, am KIT Dr. Eva Blasco vom Institut für technische Chemie und Polymerchemie des Lehrstuhls für präparative makromolekulare Chemie, wo Barner-Kowollik auch schon gelehrt hat.

Zunächst nicht patentiert

Dr. Hannes Houck, der an dem Projekt in Queensland beteiligt war, kommentierte, man habe zunächst erwogen, das neue Material zu patentieren, sich dann jedoch dafür entschieden, die Ergebnisse sofort zu publizieren, um das Verständnis des Prozesses voranzubringen. Viele Menschen hätten gedacht, dass diese Art von Material gar nicht möglich sei.

"Typischerweise nutzt man verschiedene Wellenlängen des Lichts oder zusätzliche Wärme oder harte Chemikalien, um Polymer-Molekülketten aufzubrechen, die eine Netzwerkstruktur bilden", erklären Houck und Barner-Kowollik ihr Verfahren. "In diesem Fall ist das aber anders, denn wir verwenden grünes LED-Licht, um das Netzwerk zu stabilisieren." Der "Trigger", um das Netzwerk aufzubrechen, es kollabieren und wegfließen zu lassen, sei "der mildeste von allen: Dunkelheit". "Wird das Licht wieder angeschaltet, erfolgt die neuerliche Erhärtung und das Netzwerk erhält wieder seine Stärke und Stabilität."

(bsc)