Revolutionierung der Biomedizintechnik: 4D-Druck intelligenter elektromechanischer Materialien

Universidad Carlos III de Madrid, Spanien: Ein neuer intelligenter Drucker ermöglicht die Herstellung weicher multifunktionaler Materialien durch kontinuierliche Anpassung der Extrusionsparameter. Er kombiniert experimentelle und computergestützte Methoden und druckt leitfähige und magnetoaktive Materialien mit mechanischen Eigenschaften, die biologische Gewebe nachahmen.

4D-Drucker für biomedizinische Anwendungen

Forscher der UC3M entwickelten Software und Hardware für einen 4D-Drucker mit biomedizinischem Fokus. Neben 3D-Druck erlaubt die Maschine Kontrolle zusätzlicher Funktionen: Programmierung der Materialantwort für Formänderung unter externem Magnetfeld oder Änderung elektrischer Eigenschaften unter mechanischer Deformation.

Fokus: Weiche multifunktionale Strukturen

Materialien mit mechanischen Eigenschaften, die biologische Gewebe (Gehirn, Haut) nachahmen. Zusätzlich ändern sie Form oder Eigenschaften bei externen Reizen (Magnetfelder, elektrische Ströme).

Neue Methodik

Bisherige Fortschritte waren in Formdesign und Programmierung intelligenter Antworten limitiert. Die im Advanced Materials Technologies veröffentlichte Studie eröffnet neue Möglichkeiten durch neuartige 4D-Druckmethodik.

„Diese Technologie erlaubt nicht nur Kontrolle des 3D-Drucks, sondern auch die Fähigkeit, Eigenschaften oder Geometrie als Reaktion auf externe Magnetfelder zu ändern, oder elektrische Eigenschaften bei Deformation zu modifizieren“, erklärt Daniel García González, Leiter des ERC 4D-BIOMAP Projekts und Associate Professor an UC3M.

Herausforderung: Materialdynamik

Das zu extrudierende Material geht während des Drucks von flüssig zu fest über. Materialdynamik muss verstanden werden, um Fertigungsprozess anzupassen: ausreichend flüssig für Düse, fest genug für Formstabilität.

Interdisziplinäre Methodik & Eigenentwicklung

Kombination theoretischer und experimenteller Techniken ermöglichte Bau des Druckgeräts von Grund auf – Hardware und Software.

Selbstheilendes Materialkonzept

Neues Material heilt autonom ohne externe Einwirkung: Weiche Polymermatrix mit magnetischen Partikeln mit Remanenzfeld. Praktisch wie kleine Magnete im Material verteilt – bei Bruch verbinden sich Teile beim Wiederzusammenführen physisch und erlangen strukturelle Integrität zurück.

Drei funktionale Materialtypen

1. Form- und Eigenschaftsänderung durch externe Magnetfelder
2. Selbstheilende Fähigkeit
3. Elektrische Eigenschaften (Leitfähigkeit) variieren mit Form/Deformation

Potenzial

Kombination selbstheilender Materialien mit deformationsabhängiger Leitfähigkeit eröffnet enorme Möglichkeiten für Sensoren und weiche Roboter.

Weitere Informationen: Fco. Javier Alonso, E-Mail-Adresse durch Spamschutz geschützt (JavaScript erforderlich), Tel.: 916-249-035.