Mikroskopisch kleine Gebilde, die an der Universität Heidelberg mittels 3D-Laserdruck hergestellt wurden, könnten in der Mikrorobotik oder Biomedizin neue Möglichkeiten erschließen. Denn: Sie bestehen aus neuartigen intelligenten Polymeren, die in ihrer Größe und ihren mechanischen Eigenschaften an die Anforderung angepasst werden können. Entwickelt wurden diese 3D-Mikrostrukturen im Rahmen des Exzellenzclusters „3D Matter Made to Order“, der von der Universität Karlsruhe und dem Karlsruher Institut für Technologie getragen (KIT) wird.
Auch nach dem Druck verändert sich das Bauteil – daher „4D“
„Die Herstellung programmierbarer Materialien ist für zahlreiche Anwendungen äußerst gefragt“, sagt Juniorprofessorin Dr. Eva Blasco, Leiterin einer Arbeitsgruppe am Organisch-Chemischen Institut und am Institute for Molecular Systems Engineering and Advanced Materials der Universität Heidelberg. Dieses Konzept wird als 4D-Druck bezeichnet. Dabei bezieht sich die vierte Dimension darauf, dass Objekte ihre Eigenschaften im Verlauf der Zeit verändern. Ein typisches Material für 4D-Druck sind Formgedächtnispolymere. Als Reaktion auf externe Stimuli wie Temperaturveränderungen können sie aus dem verformten Zustand zur ursprünglichen Form zurückkehren. Dies ermöglicht unter anderem boxartige Mikroarchitekturen, deren Deckel sich unter Hitzeeinwirkung schließen und öffnen lassen.
Dynamische Bindungen ermöglichen die Reaktionen der Mikrostrukturen
Inzwischen ist es den Forschern auch gelungen, mit adaptiven Materialien komplexere 3D-Mikrostrukturen wie Geckos, Kraken oder Blüten herzustellen. Die Wissenschaftler verwenden dafür Alkoxyamine mit dynamischen Bindungen.
Nach dem Druck können die Gebilde in wenigen Stunden um das Achtfache ihres Volumens wachsen und sich verhärten, wobei die Form erhalten bleibt. Für solche Materialien sieht Prof. Blasco „eine vielversprechende Zukunft im Bereich des 3D-Drucks“.
Kontakt zu den Forschern:
Juniorprofessorin Dr. Eva Blasco
Organisch-Chemisches Institut
E-Mail: eva.blasco@oci.uni-heidelberg.de
