Alice Fergerson (l.) und Emily Davidson haben ein 3D-Druck-Material entwickelt, dessen Eigenschaften sich auf der Nano-Ebene steuern lässt. (Bild: Sameer A. Khan/Fotobuddy)
In einem Artikel in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials berichtet ein Team unter der Leitung von Emily Davidson, dass sie thermoplastischen Elastomere, verwendet haben, um weiche 3D-gedruckte Strukturen mit einstellbarer Steifigkeit herzustellen. Die Forschenden können den Druckweg des 3D-Druckers so gestalten, dass die physikalischen Eigenschaften des Kunststoffs so programmiert werden, dass sich das Bauteil wiederholt in eine Richtung dehnen und biegen lässt, während es in einer anderen Richtung steif bleibt. Laut Davidson, Assistenzprofessorin für Chemie- und Bioingenieurwesen, könnte dieser Ansatz für die Entwicklung von Materialien mit einer steuerbaren, flexiblen Architektur viele Anwendungen haben, etwa in der Robotik, für medizinische Geräte und Prothesen oder besonders stabile und leichte Helme.
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Der Schlüssel zur Leistungsfähigkeit des Materials liegt in seiner inneren Struktur auf kleinster Ebene. Das Forscherteam verwendete ein Blockcopolymer. Diese bestehen aus mindestens zwei chemisch unterschiedlichen Polymer-Ketten (oder Blöcken), die miteinander verknüpft sind. Das Material bildet in einer dehnbaren Polymermatrix starre zylindrische Strukturen mit einer Dicke von 5 bis 7 Nanometern - zum Vergleich: ein menschliches Haar misst etwa 90.000 Nanometer.
Die Forscher nutzten das 3D-Druckverfahren, um diese nanoskaligen Zylinder auszurichten, was zu einem additiv gefertigten Material führte, das in einer Richtung hart und in fast allen anderen Richtungen weich und dehnbar ist. "Das Elastomer, das wir verwenden, bildet Nanostrukturen, die wir kontrollieren können", so Davidson. Dies ermöglicht den Designern ein hohes Maß an Kontrolle über die fertigen Produkte. Wir können Materialien schaffen, die in verschiedenen Richtungen maßgeschneiderte Eigenschaften haben."
