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14.04.2017 pte

Produkte mit Gedächtnis aus dem 3D-Drucker

Einprogrammierte Formen werden durch Wärme mobilisiert.

Gedächtnis-Gitter vor und nach der Erwärmung.

Gedächtnis-Gitter vor und nach der Erwärmung.

© Rob Felt/gatech.edu

Mit einem 3D-Drucker lassen sich jetzt Objekte herstellen, die ihre Form mit der Umgebungstemperatur ändern. Je nach dem Hitzegrad, dem die Gegenstände ausgesetzt werden, können sie sogar verschiedene Gestalten annehmen. Gelungen ist dieses Kunststück einem amerikanisch-chinesischen Forscherteam, indem es verschiedene Schichten aus Kunststoffen, die ein so genanntes Formgedächtnis haben, übereinander druckt. Jede dieser Schichten "erinnert" sich an eine andere Form, die wiederum von der Temperatur abhängig ist.

Aus kleinen Objekten werden große
"Unser Vorgehen vereinfacht und verbessert den 3D-Druck ganz entscheidend", sagt Jerry Qi, Professor für Materialmechanik am Georgia Institute of Technology. Denn das Team, dem auch Forscher der Singapore University of Technology and Design (SUTD) und der Xi'an Jiaotong University angehören, setzt auf eine clevere Kombination verschiedener Materialschichten. So könne man gewissermaßen die Eigenschaften, die das Produkt später aufweisen soll, während des Druckens programmieren. Denkbar ist, auf diese Art kleine Objekte zu produzieren, die sich erst später unter dem Einfluss von Hitze zu ihrer Sollgröße entfalten.

Kürzere Produktionszeiten
Die Neuentwicklung basiert auf Forschungsarbeiten mit Kunststoffen mit Gedächtnis, die die Fähigkeit haben, sich zusammenzufalten, wenn sie erwärmt werden. "Das neue Verfahren reduziert die Produktionszeit entscheidend", sagt Qi, weil kleinere Objekte schneller fertiggedruckt sind als große. Die Objekte enthalten steife Schichten aus Kunststoff ohne Gedächtnis, und Schichten, in die eine künftige Form programmiert werden. Beim Erwärmen werden die steifen Schichten weich, sodass das Gedächtnismaterial die einprogrammierten Formen - abhängig von der Temperatur - einnehmen kann. Nach dem Erkalten bleibt sie erhalten.

Stents entfalten sich erst im Körper
"Unser Verfahren revolutioniert das Design", betont Martin L. Dunn, Leiter des Digital Manufacturing and Design Centre an der SUTD. "Produkte werden von Anfang an so ausgelegt, dass sie später unterschiedliche Formen annehmen können." Die potenziellen Anwendungen sind dabei äußerst vielfältig.

Produkte wie flächige Gitter könnten in kompakter Form verschickt werden. Der Empfänger heizt sie dann auf, damit sie ihre gewünschte Form bekommen. Das reduziert das Transportvolumen und damit die Kosten. Biomedizinische Produkte wie Stents, die verengte Arterien öffnen, können minimalinvasiv an ihren Bestimmungsort geschoben werden. Dort entfalten sie sich aufgrund der Körperwärme. Auch Roboter könnten mit dem neuen Material ausgestattet werden, um sie beweglich zu machen, ohne dass verschleissanfällige Mechanik eingesetzt werden muss. Die Bauteile aus Kunststoffen mit Gedächtnis könnten dabei lokal durch Heizdrähte erwärmt werden.

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