Robert Klatt
Das Direct Sound Printing (DSP) 3D-Druckverfahren kann mit Ultraschallwellen in Pikosekunden ein Polymer auf Siliciumbasis verfestigen. Die innovative Technik kann so Implantate direkt im Körper drucken.
Montreal (Kanada). Forscher der Concordia University haben ein innovatives 3D-Druckverfahren entwickelt, mit dem im menschlichen Körper Objekte aufgebaut werden können. Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Nature Communications nutzt das sogenannte Direct Sound Printing (DSP) ein Harz, das mit Schallwellen ausgehärtet wird. Es handelt sich dabei um Polydimethylsiloxan (PDMS), ein Polymer auf Siliciumbasis.
Dieses flüssige Polymer befindet sich in einem Behälter, in den mit einem Wandler Ultraschallwellen geschickt werden. Dadurch entstehen kleine Blasen, sie mit einer hohen Geschwindigkeit schwingen. In den Bläschen wird dabei eine Temperatur von 14.727 Grad Celsius und ein Druck von über 1.000 bar erreicht.
Der Druck- und Temperaturanstieg beeinflusst das umgebende Material nicht, weil er nur einige Pikosekunden andauert. Diese Zeit reicht jedoch dafür aus, dass sich das PDMS verfestigt.
„Wir haben herausgefunden, dass wir, wenn wir eine bestimmte Art von Ultraschall mit einer bestimmten Frequenz und Leistung verwenden, sehr lokale, sehr fokussierte chemisch reaktive Regionen erzeugen können. Die Blasen können als Reaktoren dazu genutzt werden, chemische Reaktionen anzuregen, die flüssiges Harz in festes oder halbfestes Material wandeln“, erklärt Mohsen Habibi.
Der Ultraschallwandler des 3D-Druckers bewegt sich auf festen Bahnen. Dabei baut er das Objekt Pixel für Pixel auf. In Abhängigkeit von der nach Dauer der Ultraschallwellenfrequenz und Viskosität des Ausgangsmaterials können Objekte mit unterschiedlichen Eigenschaften gedruckt werden.
Die Entwickler sehen mögliche Anwendungsszenarien des Verfahrens vor allem in der Medizin. Ein Implantat könnte mit DSP direkt im Körper gedruckt werden. Dazu wird das Baumaterial in den Körper injiziert und dort anschließend mit dem Ultraschallwandler verfestigt. PDMS ist nicht toxisch und wird bereits in Medikamenten verwendet.
Zudem haben die Forscher um Habibi bereits demonstriert, dass auch Keramiken mit DSP verarbeitet werden können. „Als nächstes werden wir Polymer-Metall-Verbundwerkstoffe ausprobieren, und schließlich wollen wir mit dieser Methode auch Metall drucken“, erklärt Muthukumaran Packirisamy.
Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-022-29395-1
