10/04/2018 - 4D-Druck, Einsatz von Materialien, die auf externe Reize reagieren

Menéame

La 3D-Druck besteht aus der Zusatz von Material in digitaler Form um komplexe dreidimensionale Objekte zu erstellen. Diese Technik ist für das schnelle Prototypieren komplexer Objekte von großem Nutzen, so dass z.B. der Prozess der Gestaltung neuer Produkte beschleunigt werden kann. Andererseits ist es mit dem 3D-Druck möglich, maßgeschneiderte Objekte herzustellen, was zur Entwicklung der Medizin und zur Revolution der Industrie beitragen wird 4.0.

In vielen Fällen nutzt diese Art von Druck Thermoplastische Materialien die nach dem Druck in unbelebten dreidimensionalen Objekten auftreten. Das Konzept der 4D-Druck Es ist ein Schritt weiter gehen, weil es die Zeit als Dimension hinzufügt und aus der 3D-Druck von Materialien, die auf externe Reize reagieren, so dass das gedruckte Objekt wird sich in der Zeit zu ändern, wenn es einer angemessenen Stimulation ausgesetzt wird, z.B. Temperatur.

Das ist der Fortschritt, den ein Team von Forschern aus der ICMA (Institut für Aragón-Materialwissenschaften, gemischt zwischen dem CSIC-Hochrat für wissenschaftliche Forschung und der Universität von Zaragoza), geleitet von dem führenden Wissenschaftler des CSIC, stellvertretender Direktor des Aragonischen Instituts und kürzlicher Preis 2017 von der Royal Academy of Sciences de Saragossa (Sektion Physik) Carlos Sánchez Somilinos, der in Zusammenarbeit mit der Technik Maria López Valdeolivas eine Druckplattform von Polymeren aus flüssigem Glas entwickelt hat, die auf eine externe Stimulation reagieren, Temperatur in diesem Fall, obwohl mit anderen Materialien unterschiedliche Reize wie Licht, pH, Feuchtigkeit, Magnetfelder oder elektrische Felder. Die kontrollierte Extrusion dieser Materialien wurde zur Vorbereitung komplexer Strukturen eingesetzt, die auf die Temperatur umkehrbar reagieren. Der Schlüssel für die Deformationskontrolle ist die mikroskopische Ausrichtung, die das Material während des Druckvorgangs erwirbt, wodurch das Ausmaß und die Richtung der Kräfte genau kontrolliert werden können, die das gedruckte Material dann bei Aufregung mit Temperatur ausüben wird. Dies ermöglicht die Programmierung der Umwandlung gedruckter Strukturen in komplexe dreidimensionale Formen. Die im ICMA entwickelte 4D Druckplattform hat es ermöglicht, verschiedene komplexe Funktionen und Verformungen zu implementieren, die mit den derzeit für diese Materialien verfügbaren Verarbeitungstechnologien nur schwer zu erreichen sind.

Der Additivcharakter dieser 4D-Drucktechnik ermöglicht es, mikroskopisch strukturierte und gleichzeitig groß angelegte Elemente vorzubereiten, die eine große Menge an Arbeit sehr genau ausführen können, so dass sie als echte künstliche Muskeln arbeiten und so die derzeitige Kluft zwischen diesen Materialien und den tatsächlichen Anwendungen verringern können.

In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern an der Technologieuniversität Eindhoven (Niederlande) entwickeln die ICMA-Forscher neue Konzepte und Entwürfe, die in Bereichen wie der Haptik (der sogenannten Taktwissenschaft, analog zu Akustik und Optik), der Biomedizin oder der adaptive Optik eingesetzt werden können. So haben die durch diese Materialien gebildeten Vortäuschungen, wenn sie erregt werden, ein großes Potenzial für die Erzeugung von Oberflächen, die Berührungsempfindungen wie Braille-Lesegeräte anbieten. Es wurden auch einstellbare Porenmembranen erzeugt, die Partikel unterschiedlicher Größen und Formen diskriminieren können. Darüber hinaus wurden Strukturen entwickelt, die robotische Umschaltungsfunktionen und sehr neue Rotationsfunktionen erfüllen können, die bei der genauen Drehung optischer Elemente angewandt wurden. Im Bereich der adaptive Optik wurden Linsen entwickelt, deren Brennweite mit der Temperatur kontrolliert werden kann. Und bei weichen Robotiken ermöglichen diese Polymersysteme, die durch Flexibilität und Anpassungsfähigkeit bei der Verformung gekennzeichnet sind, die Implementierung von Roboterfunktionen, die bei minimal invasiven oder mikrofluid-chirurgischen Eingriffen eingesetzt werden können.

Weitere Informationen:

"4D Printed Actuators with Soft-Robotic Functions" María López-Valdeolivas, Danqing Liu, Dick Jan Broer und Carlos Sanchez-Somolinos Macrolecular Rapid Communications.

https://doi.org/10.1002/marc.201700710

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