Forscher der TU Wien verbessern die Eigenschaften von 3D-gedruckten Materialien

Laut TU Wien haben Forscher Methoden entwickelt, um einem 3D-gedruckten Objekt nicht nur die gewünschte Form, sondern auch die gewünschten Materialeigenschaften Punkt für Punkt zu verleihen. Die Vielseitigkeit dieser Technologie wurde in mehreren Anwendungen demonstriert: So ist es beispielsweise möglich, einen unsichtbaren QR-Code zu drucken, der nur bei bestimmten Temperaturen sichtbar wird. Die Ergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht.

Das Forschungsteam von Katharina Ehrmann am Institut für Angewandte Synthetische Chemie der TU Wien arbeitet mit flüssigen Materialien, die mit Licht bestrahlt werden. Genau dort, wo das Licht auf die Flüssigkeit trifft, wird eine chemische Reaktion ausgelöst. Die molekularen Bausteine in der Flüssigkeit verbinden sich miteinander und das Material wird fest.

Nun ist es möglich, genau zu steuern, wie die Flüssigkeit aushärtet und welche Eigenschaften das resultierende Material hat. „Wir können verschiedene Lichtintensitäten, verschiedene Wellenlängen oder verschiedene Temperaturen verwenden“, sagt Katharina Ehrmann. „All dies kann genutzt werden, um die Eigenschaften des 3D-gedruckten Materials zu beeinflussen.“

Auf diese Weise steuern die Forscher, wie sich die molekularen Bausteine in der Flüssigkeit miteinander verbinden, wenn sie zu einem festen Objekt werden. Sie können sich regelmäßig anordnen, wie Spaghetti in einer Packung, und einen Kristall bilden, oder sie können amorph und ungeordnet liegen, wie gekochte Spaghetti auf einem Teller.

Michael Göschl und Dominik Laa sind die Erstautoren der aktuellen Veröffentlichung und beide Forscher in den Teams von Katharina Ehrmann und Jürgen Stampfl. „Je nach Kristallinität können auch die Materialeigenschaften stark variieren“, so Michael Göschl. „Kristalline Materialien sind in der Regel hart und spröde, während amorphe Materialien oft weich und elastisch sein können. Auch die optischen Eigenschaften können variieren, von glasartiger Transparenz bis hin zu undurchsichtigem Weiß“, erklärt Dominik Laa.

Unsichtbarer QR-Code

Das Team hat nun die Vielseitigkeit der neuen Methode anhand mehrerer Beispiele demonstriert, darunter ein QR-Code, der in einem Stück Kunststoff erstellt und mit einer kristallinen Schicht überzogen wurde. Diese Schicht verliert jedoch bei einer bestimmten Temperatur ihre Kristallinität und wird transparent – der geheime QR-Code wird plötzlich sichtbar. Je nach Material und Temperatur ist es auch möglich, den QR-Code vorübergehend zu zerstören, ähnlich wie bei einer vorübergehenden Zugriffssperre auf Ihrem Telefon, wenn Sie den falschen Code eingeben.

Auf die gleiche Weise war es auch möglich, ein Warnsymbol zu drucken, das nur sichtbar wird, wenn das Material über eine bestimmte Temperatur erhitzt wird. Dies kann beispielsweise verwendet werden, um zu überprüfen, ob der vorgeschriebene Temperaturbereich beim Transport von wärmeempfindlichen Gütern überschritten wird.

Die optische Charakterisierung des Materials erfolgte ebenfalls an der TU Wien, in der Forschungsgruppe von Prof. Andrei Pimenov am Institut für Festkörperphysik. „Wir bieten damit völlig neue Möglichkeiten für den 3D-Druck“, sagt Katharina Ehrmann. „Potenzielle Anwendungen sind in vielen verschiedenen Bereichen denkbar, von der Datenspeicherung und -sicherheit bis hin zu biomedizinischen Anwendungen.“