Forschende der Universität Heidelberg entwickeln chemisch abbaubares und recycelbares 3D-Druckpolymer

de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professorin Eva Blasco am Institut für Molekulare Systemtechnik und Advanced Materials (IMSEAM) der Universität Heidelberg hat ein 3D-druckbares Polymermaterial entwickelt, das sich auf chemisches Signal hin bedarfsgerecht zersetzen lässt. Das Material behält eine hohe mechanische Stabilität bei und kann innerhalb von Sekunden in seine molekularen Bausteine zerlegt werden, aus denen sich anschließend wieder ein Polymer mit identischen Eigenschaften herstellen lässt – so werden hochpräzise additive Fertigungsteile in einen geschlossenen Materialkreislauf überführt.

Optische additive Fertigungsverfahren werden häufig zur Herstellung kleiner, komplexer Kunststoffstrukturen in Bereichen wie Medizintechnik und Softrobotik eingesetzt – doch die durch Photopolymerisation gefertigten Bauteile sind in der Regel schwer abbaubar und recycelbar. Der Ansatz des Heidelberger Teams basiert auf einem metastabilen Material, dessen Präzision, Qualität und mechanische Stabilität unbeeinträchtigt bleiben; der Zerfallsprozess beruht auf vordefinierten Sollbruchstellen im Material. Das Forschungsteam wählte ein Polymer als Matrix, das auf bestimmte chemische Signale reagiert: Die langen Molekülketten sind nur an einer vorgegebenen Bruchstelle verbunden; wenn ein spezifischer chemischer Auslöser an dieser Stelle angreift, zerfällt die gesamte Molekülkette bei Raumtemperatur innerhalb von Sekunden. Die Forschenden vergleichen diesen Mechanismus mit einem chemischen Schlüssel, der nur das passende Schloss öffnen kann.

Das Forschungsteam nutzte das Material als hochauflösende „Tinte" und fertigte verschiedene komplexe dreidimensionale Strukturen mit mikrometergenauen Details an, wodurch die Druckbarkeit verifiziert wurde. Komponenten-Rückgewinnungstests zeigten, dass die nach dem Recycling erneut hergestellten Polymere in ihren Eigenschaften mit dem ursprünglichen Material übereinstimmen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht. Die Forschungsarbeiten sind Teil des Exzellenzclusters „3D Matter Made to Order", das gemeinsam von der Universität Heidelberg und dem Karlsruher Institut für Technologie getragen wird, und wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Carl-Zeiss-Stiftung und dem Fonds der Chemischen Industrie gefördert.