3D-Druck von Teilen aus zwei Materialien

Digitale Vorlage (links) und spätere 3D-Druck-Produkte (Foto: Boydston/Schwartz)
Digitale Vorlage (links) und spätere 3D-Druck-Produkte (Foto: Boydston/Schwartz)

US-Chemiker A.J. Boydston von der University of Wisconsin-Madison und seine Doktorandin Johanna Schwartz haben ein neues Verfahren entwickelt, mittels dem ein 3D-Drucker Teile aus zwei Materialien herstellt. Hierzu wird Licht in unterschiedlichen Frequenzen zum Aushärten der jeweiligen Region genutzt. Die verwendete Druckertinte enthält zwei unterschiedliche Kunststoffe. Der eine härtet aus, wenn er von ultraviolettem Licht getroffen wird, der andere reagiert so auf sichtbares Licht.

Der Druck von 3D-Bauteilen dieser Art geht so: Auf eine Unterlage wird eine dünne Schicht Druckertinte aufgebracht. Wird diese mit einem Muster aus sichtbarem Licht bestrahlt, härtet der darauf reagierende Kunststoff aus. Der verbleibende Rest wird weggespült. Wenn ein Bereich aus einem anderen Material gefertigt werden soll, wird dieser mit ultraviolettem Licht ebenfalls bestrahlt. So wird das Bauteil Millimeter für Millimeter aufgebaut. Die Alternative wäre der Einsatz zweier Tintenpatronen mit unterschiedlichen Kunststoffen gewesen.

Die beim aktuellen Projekt eingesetzten Kunststoffe sind sogenannte Monomere, kleine Kunststoffmoleküle, die keinen festen Zusammenhalt haben. Werden sie mit Licht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt, setzt der Polymerisationsprozess ein. Die Monomere verbinden sich und bilden lange, ineinander verknäulte Ketten - sie werden fest. Genauso macht es der Zahnarzt, der eine Kunststoffplombe in den defekten Zahn einbringt. Schicht für Schicht presst er Monomere hinein und härtet sie mit einer UV-Taschenlampe aus.

Die grösste Hürde, die die Forscher überwinden mussten, lag in der Optimierung der Ausgangsmaterialien. Zum einen durften sie sich im Rohzustand nicht gegenseitig beeinflussen. Zum anderen mussten beide die gleiche Zeit zum Aushärten benötigen. "Wir können in einem Arbeitsgang Bauteile herstellen, die teilweise aus festem und teilweise aus flexiblem Material bestehen", freut sich Boydston. Noch funktioniere das Verfahren nicht perfekt, gibt er zu. "Doch jetzt stehen wir vor aufregenden neuen Herausforderungen."