Aktu­elle Ent­wick­lung der TU Wien erwei­tert Ein­satz­mög­lich­kei­ten von 3D-Dru­ckern. Thema sind Mate­ria­lien, die ganz spe­zi­fisch auf Tem­pe­ra­tur reagie­ren und zusätz­li­che Anwen­dun­gen ermöglichen.

3D-Druck ist höchst prak­tisch, wenn man maß­ge­schnei­derte Bau­teile in klei­ner Stück­zahl pro­du­zie­ren möchte. Die Tech­nik hatte bis­her aber immer ein gro­ßes Pro­blem : Der 3D-Dru­cker kann immer nur ein ein­zi­ges Mate­rial ver­ar­bei­ten. Objekte, die an unter­schied­li­chen Stel­len unter­schied­li­che Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten haben, konn­ten bis­her nur sehr auf­wän­dig oder gar nicht her­ge­stellt werden.

Punkt für Punkt unter­schied­li­che Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten

An der TU Wien wur­den nun Metho­den ent­wi­ckelt, einem 3D-gedruck­ten Objekt nicht nur die gewünschte Form, son­dern Punkt für Punkt auch die gewünsch­ten Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten zu ver­pas­sen. So kann man etwa einen unsicht­ba­ren QR-Code dru­cken, der nur bei bestimm­ten Tem­pe­ra­tu­ren sicht­bar wird. Die Ergeb­nisse wur­den nun im renom­mier­ten Fach­jour­nal „Nature Com­mu­ni­ca­ti­ons“ veröffentlicht.

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

Schnur­ge­rade Spa­ghetti in der Packung oder gekochte Spa­ghetti am Tel­ler

Neu ist, dass nun exakt gesteu­ert wer­den kann, auf wel­che Weise die Flüs­sig­keit aus­här­tet und wel­che Eigen­schaf­ten das ent­ste­hende Mate­rial hat. „Wir kön­nen unter­schied­li­che Licht­in­ten­si­tä­ten ver­wen­den, unter­schied­li­che Wel­len­län­gen, oder unter­schied­li­che Tem­pe­ra­tu­ren“, sagt Katha­rina Ehr­mann. „All das kann benutzt wer­den, um die Eigen­schaf­ten des 3D-gedruck­ten Mate­ri­als zu beein­flus­sen.“

Auf diese Weise kann man steu­ern, wie sich die mole­ku­la­ren Bau­steine in der Flüs­sig­keit mit­ein­an­der ver­bin­den, wenn sie zum fes­ten Objekt wer­den. Sie kön­nen sich regel­mä­ßig anord­nen, wie schnur­ge­rade Spa­ghetti in der Packung und einen Kris­tall bil­den, oder sie kön­nen amorph und unge­ord­net zum Lie­gen kom­men, wie gekochte Spa­ghetti auf dem Teller.

Der unsicht­bare QR-Code

Die Viel­sei­tig­keit der neuen Methode konnte das Team nun in meh­re­ren Bei­spie­len demons­trie­ren. So wurde etwa im Inne­ren eines Kunst­stoff­stücks ein QR-Code erzeugt, der von einer kris­tal­li­nen Schicht ver­deckt wird. Diese Schicht ist aber so ange­passt, dass sie bei einer bestimm­ten Tem­pe­ra­tur ihre Kris­tal­li­ni­tät ver­liert und durch­sich­tig wird – der geheime QR-Code wird plötz­lich sichtbar. 

Je nach Mate­rial und Tem­pe­ra­tur kann auch erreicht wer­den, dass der QR-Code für eine gewisse Zeit unles­bar wird, wenn man die fal­sche Tem­pe­ra­tur zum Ent­schlüs­seln ver­wen­det – ganz ähn­lich wie man ein Handy für eine gewisse Zeit nicht ver­wen­den kann, wenn man drei­mal hin­ter­ein­an­der einen fal­schen Code ein­ge­ge­ben hat. 

Eine neue Palette von Mög­lich­kei­ten für den 3D-Druck

Auf die­selbe Weise konnte auch ein Warn­sym­bol gedruckt wer­den, das nur sicht­bar wird, wenn das Mate­rial über eine bestimmte Tem­pe­ra­tur erhitzt wurde. Damit kann man etwa beim Trans­port hit­ze­emp­find­li­cher Waren über­prü­fen, ob der vor­ge­schrie­bene Tem­pe­ra­tur­be­reich über­schrit­ten wird. Auch die opti­sche Cha­rak­te­ri­sie­rung des Mate­ri­als wurde an der TU Wien durch­ge­führt.

„Wir bie­ten hier eine völ­lig neue Palette von Mög­lich­kei­ten für den 3D-Druck an“, unter­streicht Ehr­mann. „Anwen­dungs­mög­lich­kei­ten sind in vie­len ver­schie­de­nen Berei­chen abzu­se­hen, von Daten­spei­che­rung und Sicher­heit bis hin zu bio­me­di­zi­ni­schen Anwen­dun­gen“, ergänzt Katha­rina Ehr­mann vom Insti­tut für Ange­wandte Syn­the­se­che­mie der TU Wien. (red/​rucz)