Biomimetischer 4D Druck

Zahlreiche Forschungsgruppen arbeiten derzeit an 3D gedruckten Strukturen, die sich unter Einwirkung von äußeren Einflüssen durch Temperaturveränderung oder Feuchtigkeit selbsttätig verformen können: Nachdem am Georgia Institute of Technology und am MIT in den letzten Jahren unter dem Begriff „4D Printing“ Entwicklungen vorgestellt wurden, bei denen sich 3D gedruckte Strukturen bei erhöhter Temperatur in eine andere Geometrie verformen, präsentieren Wissenschaftler der Harvard University nun den „Biometischen 4D-Druck“.

3D gedruckte Orchidee blüht unter Einfluss von Wasser

Die Forscher um Dr. Jennifer Lewis haben sich dabei an der Natur orientiert und pflanzenähnlich Strukturen geschaffen, die sich unter Einfluss von Wasser in eine vorher festgelegte Geometrie verformen. Für den Druckvorgang wurde eine spezielle Flüssigkeitsmischung entwickelt, die aus einem Hydrogel und Zellulosefibrillen besteht. Die Mikrofasern aus Zellulose findet man auch in jedem pflanzlichen Gebilde in der Natur.

Zellulose weist eine besonders starke Hygroskopie auf. Unter Feuchteeinfluss quellt sie in Faserrichtung stärker als quer dazu. Dies machen sich die Wissenschaftler zunutze. Die sich selbst zu verformenden Bereiche werden in zwei Schichten gedruckt. Die eine besteht aus Hydrogel und saugt Wasser auf, die andere aus der Zellulose, die sich unter dem Einfluss der Feuchtigkeit aufbiegt.

Neben der Drucktinte haben die Forscher einen Algorithmus entwickelt, mit dem sich die Transformation vorausbestimmen lässt. Im Experiment wurden verschiedene Blütenstrukturen geschaffen, an denen der Prozess getestet wurde.

Video zur Technologie unter: www.youtube.com

www.harvard.edu