In de huidige wereld heet 3D-printing een grote plaats ingenomen. Formule 1-teams gebruiken deze technologie bijvoorbeeld om onderdelen voor hun raceauto’s te produceren. Maar ook op tal van andere plekken worden voorwerpen met 3d-printers gemaakt. Tot complete bruggen aan toe. En dankzij een nieuwe methode kan zo’n geprinte brug van kleur verschieten als er scheurtjes in het materiaal ontstaan.
Normaal gesproken wordt bij 3D-printen echter alleen gebruik gemaakt van materialen die bijvoorbeeld door verhitting vloeibaar worden en na het printen stollen. Het gaat dan om kunststoffen, metalen of keramiek. Vloeibare componenten worden meestal achteraf toegevoegd. Dit is zowel tijdrovend als duur. Chemici bij de Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) hebben nu een methode ontwikkeld om vloeistoffen rechtstreeks in de materialen te integreren tijdens het drukproces.
Combinatie van 3D- en klassieke printmethoden
“De toekomst ligt in complexere methoden die verschillende productiestappen combineren”, zegt Prof. Dr. Wolfgang Binder van het Institute of Chemistry van MLU. “We zochten daarom naar een manier om vloeistoffen direct in het materiaal te verwerken tijdens het drukken.” Hiervoor maken de wetenschappers gebruik van een combinatie van gangbare 3D-printprocessen en klassieke printmethoden, zoals die in inkt- of laserprinters worden gebruikt. Door druppelsgewijs vloeistoffen toe te voegen op de gewenste locatie, konden ze direct en specifiek in een materiaal worden geïntegreerd.
Aan de hand van twee voorbeelden hebben de onderzoekers al aangetoond dat hun methode werkt. Eerst namen ze een vloeibaar actief bestanddeel op in een biologisch afbreekbaar materiaal. “We hebben kunnen bewijzen dat de werkzame stof niet werd beïnvloed door het proces en actief bleef”, zegt Binder. In de farmaceutische industrie kunnen dergelijke materialen worden gebruikt als medicijndepots die langzaam afbreken in het lichaam. Bijvoorbeeld na operaties, om ontstekingen te voorkomen. De productie van dergelijke materialen verloopt met de nieuwe methode gemakkelijker.
Ten tweede hebben de chemici een lichtgevende vloeistof geïntegreerd in een kunststof materiaal. Als er schade optreedt, zoals scheuren in het materiaal, lekt de vloeistof weg. “Je zou zoiets kunnen inbrengen in een bepaald onderdeel dat bijzonder sterk belast wordt,” zegt Binder. Bijvoorbeeld vliegtuigonderdelen van kunststof, waarbij schade in het materiaal moeilijk te detecteren is.
Gecombineerd proces veelzijdig toepasbaar
Binder ziet het combinatieproces ook als geschikt voor vele andere toepassingsgebieden. Hij is samen met zijn team van plan om op korte termijn de batterijonderdelen volgens deze methode te printen. “Grotere hoeveelheden kunnen niet in het laboratorium worden geproduceerd met onze opstelling”, verduidelijkt Binder. Daarom moet de methode verder worden ontwikkeld voor industriële schaal buiten de universiteit
Het onderzoek is gepubliceerd in het vakblad Advanced Materials Technologies.
Foto: In het materiaal dat met de nieuwe 3D-drukmethode wordt geproduceerd (rechts) bevindt zich een rasterwerk (links) waarin druppels van een vloeistof kunnen worden ingebracht.Foto: © Harald Rupp
