Selbstheilung jetzt auch für 3D-gedruckte Bauteile

Back to Beiträge

Wissenschaftler der University of Southern California haben per 3D-Druck ein gummiartiges Material hergestellt, das sich bei Verletzungen selbst heilt.

Forscher an der Viterbi-Ingenieurschule der University of Southern California ist es gelungen, mittels 3D-Druck selbstheilende, gummiartige Bauteile herzustellen. Das Bauteil wird Schicht für Schicht produziert, wobei jedes Mal die Stellen, die erhalten bleiben sollen, durch Fotopolymerisation ausgehärtet werden. Das verwendete flüssige Ausgangsmaterial verfestigt sich, wenn es mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird.

Disulfide entwickeln selbstheilende Kräfte

Bei der Fotopolymerisation findet eine Reaktion zwischen Licht und einer chemischen Gruppe namens Thiole statt. Wird Oxidationsmittel hinzugefügt, verwandeln sich die Thiole in Disulfide. Diese haben die Fähigkeit, selbstheilende Kräfte zu entwickeln. Die Kunst ist es, so viele Thiole zu erhalten, dass der Aushärtungsprozess nicht gefährdet wird und dabei so viele Disulfide zu erzeugen, dass das Material sich selbst repariert, wenn Risse auftreten.

"Wenn wir den Anteil an Disulfiden langsam erhöhen, wird der Selbstheilungsprozess stärker", sagt Assistenzprofessor Qiming Wang, der sich vor allem mit Materialien befasst, die sich zum 3D-Druck eignen. "Doch dann nimmt die Fotopolymerisationsfähigkeit ab." Es gebe eine Art Wettstreit zwischen den beiden Verhaltensweisen. Ziel sei es, das optimale Verhältnis zwischen Selbstheilung und Polymerisation zu finden.

Riss in Schuhsohle heilt innerhalb von wenigen Stunden

Der Druck einer Schuhsohle beispielsweise dauert rund 20 min. Tritt ein Riss auf, heilt dieser binnen weniger Stunden. Dazu muss das Material auf 60 °C erwärmt werden. Die selbstheilende Technik funktioniert auch bei anderen Bauteilen. Wangs Team hat das bereits unter anderem an sogenannten Soft Robotics erprobt, das sind Greifer aus weichem Kunststoff, die so zart zupacken, dass selbst rohe Eier nicht zerbrechen.

Bisher haben die Forscher mit weichen Materialien gearbeitet. Im nächsten Schritt soll selbstheilendes Hartplastik produziert werden. Dieses könnte beispielsweise in Karosserien von Autos verwendet werden, denn auch bei Zimmertemperatur und niedrigeren Temperaturen setzt der Selbstheilungsprozess ein. Es dauert nur länger.

gk

Share this post

Back to Beiträge