{"id":60620,"date":"2025-01-03T00:01:56","date_gmt":"2025-01-02T23:01:56","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=60620"},"modified":"2025-01-02T11:03:34","modified_gmt":"2025-01-02T10:03:34","slug":"steif-oder-elastisch-kunststoffmaterial-aendert-eigenschaften-030120251","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/steif-oder-elastisch-kunststoffmaterial-aendert-eigenschaften-030120251\/","title":{"rendered":"Steif oder elastisch? Dieses Kunststoffmaterial \u00e4ndert dank 3D-Druck seine Eigenschaften"},"content":{"rendered":"

In den letzten Jahren haben sich viele universit\u00e4re Forschungsprojekte der Entwicklung multifunktionaler Materialien durch additive Fertigung zugewandt. Im medizinischen Bereich<\/a> ist es beispielsweise wichtig, Gewebe zu entwickeln, die Organe oder Knochenstrukturen regenerieren k\u00f6nnen, sowie hochmoderne biomedizinische Ger\u00e4te zu entwerfen. Gleichzeitig konzentrieren sich in anderen Bereichen die Bem\u00fchungen auf die Schaffung neuer 3D-druckbarer Architekturen, die ein breites Spektrum an potentiellen Anwendungen bieten.<\/p>\n

Um dies zu demonstrieren, haben Alice Fergerson und das Ingenieurteam der Princeton University unter der Leitung von Emily Davidson ein Kunststoffmaterial entwickelt, das sich an verschiedene Flexibilit\u00e4tsgrade anpassen kann. Dieses Material, das aus einer Klasse von Polymeren namens TPE<\/a> besteht, erm\u00f6glicht das Design und die Herstellung von flexiblen, 3D-gedruckten Strukturen, deren Steifigkeit moduliert werden kann. Mithilfe des 3D-Drucks konnten die Ingenieure die physikalischen Eigenschaften des Materials steuern, sodass sich das Gewebe wiederholt in eine Richtung dehnen und falten kann, w\u00e4hrend es in einer anderen Richtung steif bleibt.<\/p>\n

\"mat\u00e9riau<\/p>\n

Die Eigenschaften des Kunststoffmaterials<\/h3>\n

Das von dem Ingenieurteam der Princeton University ausgew\u00e4hlte thermoplastische Elastomer ist ein Blockcopolymer, das im geschmolzenen Zustand geformt werden kann. Beim Abk\u00fchlen verfestigt es sich und bildet eine elastische Struktur. Dieses Ph\u00e4nomen l\u00e4sst sich durch das Verhalten der inneren Komponenten des Copolymers erkl\u00e4ren, die aus Homopolymeren bestehen und sich wie \u00d6l und Wasser trennen, anstatt sich zu vermischen. Die Forscher machten sich diese Eigenschaft zunutze und schufen ein Material, das aus starren Zylindern besteht, die in einer elastischen Matrix verteilt sind. Dadurch bleibt das Material flexibel, beh\u00e4lt aber seine inneren Eigenschaften bei.<\/p>

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Die starren zylindrischen Strukturen dieses Kunststoffmaterials sind f\u00fcnf bis sieben Nanometer dick und in eine elastische Polymermatrix eingebettet. Um diese Gr\u00f6\u00dfenordnung besser zu verstehen, hier zwei Vergleiche: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 90.000 Nanometern, w\u00e4hrend eine DNA-Helix einen Durchmesser von etwa ein Nanometer hat. Die Forscher untersuchten auch, wie die Druckgeschwindigkeit und die kontrollierte Extrusion des Materials genutzt werden k\u00f6nnen, um die physikalischen Eigenschaften des gedruckten Materials zu modulieren. Mithilfe des 3D-Drucks k\u00f6nnen die Zylinder im Nanometerbereich ausgerichtet werden, wodurch ein Material entsteht, das lokalisierte Steifigkeit bietet und gleichzeitig weiche und elastische Bereiche beibeh\u00e4lt.<\/p>\n

Seine selbstheilenden Eigenschaften<\/h3>\n

Der interessanteste Aspekt dieses Prozesses ist das thermische Gl\u00fchen des Kunststoffs und seine selbstheilenden Eigenschaften. Alice Fergerson erkl\u00e4rte, dass das thermische Gl\u00fchen die Eigenschaften des Materials nach dem Drucken deutlich verbessert. Durch dieses Verfahren k\u00f6nnen im Labor gedruckte Objekte mehrfach wiederverwendet werden und sich sogar selbst reparieren, wenn sie besch\u00e4digt werden. Um diese Selbstreparatureigenschaften nachzuweisen, schnitten die Forscher eine flexible Probe des gedruckten Materials aus und reparierten es durch Gl\u00fchen. Ihren Beobachtungen zufolge wies das reparierte Material keine nennenswerten Unterschiede zum urspr\u00fcnglichen Material auf.<\/p>\n

Davidson weist darauf hin, dass \u00e4hnliche Materialien, die in anderen Zusammenh\u00e4ngen verwendet werden, sehr teuer sind und eine komplexe Verarbeitung erfordern, wie z. B. eine kontrollierte Extrusion mit anschlie\u00dfender Behandlung mit ultraviolettem Licht. Die Kosten f\u00fcr diese Materialien k\u00f6nnen bis zu ca. 2,50 US-Dollar pro Gramm betragen. Im Gegensatz dazu kostet das in diesem Projekt verwendete thermoplastische Elastomer nur etwa einen Cent pro Gramm und kann mit kommerziellen 3D-Druckern gedruckt werden. Das macht das Material nicht nur kosteng\u00fcnstig, sondern auch f\u00fcr kosteng\u00fcnstige Druckl\u00f6sungen zug\u00e4nglich.<\/p>\n

\"mat\u00e9riau<\/p>\n

Eines der Hauptziele des Projekts war es, flexible Materialien mit lokal einstellbaren mechanischen Eigenschaften zu entwickeln und dabei einen kosteng\u00fcnstigen und leicht skalierbaren Ansatz f\u00fcr die Industrie zu verfolgen. Emily Davidson ist der Ansicht, dass diese Methode zur Gestaltung fortschrittlicher flexibler Materialien in verschiedenen Bereichen Anwendung finden k\u00f6nnte, z. B. in der flexiblen Robotik, bei medizinischen Ger\u00e4ten, Prothesen und auch bei personalisierten Hochleistungsschuhsohlen. Der n\u00e4chste Schritt f\u00fcr das Forschungsteam besteht darin, neue 3D-druckbare Architekturen zu schaffen, die mit Anwendungen wie tragbarer Elektronik und biomedizinischen Ger\u00e4ten kompatibel sind.<\/p>\n

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*Bildnachweise: Princeton <\/span>Engineering<\/i><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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