Formgedächtnispolymere – vom 3D-Druck zur Polymerchemie

Abstract

Der 3D-Druck bietet heutzutage ganz neue Möglichkeiten, Schüler(innen) und Student(inn)en an verschiedenste Wissensgebiete heranzuführen. Neben der Konstruktion, die mit einfachen Online-Programmen begonnen und zu komplizierten Formen fortgeführt werden kann, spielt hier vor allem die Materialwissenschaft eine wichtige Rolle. Die meisten preiswerten 3D-Drucker arbeiten nach dem Fused-Deposition-Modeling(FDM)-Verfahren, bei dem ein geschmolzenes Polymer-Filament durch eine Düse gepresst und lagenweise auf dem Druckbett abgelegt wird, bis die gewünschte dreidimensionale Form entsteht. Die Vielzahl hierfür erhältlicher Filamente ermöglicht es heutzutage, unterschiedlichste Materialeigenschaften auszuwählen, von herkömmlichen Polymeren wie Polylactid (PLA) bis zu faserverstärkten, mit Metallpartikeln gefüllten oder auch flexiblen Filamenten. Ein besonders interessantes Material ist PLA, das nicht nur einfach zu drucken ist, sondern auch Formgedächtniseigenschaften aufweist. Dies bedeutet, dass es sich stark verformen und anschließend durch Wärmezufuhr wieder in die ursprüngliche Form zurückbringen lässt – solange keine Teile des Objekts brechen. Solche Formgedächtnis-Objekte können durch eine angepasste Konstruktion optimiert werden, die Schwachstellen weitestgehend verhindert und auf diese Weise möglichst viele Regenerationszyklen ermöglicht. Je nach Kenntnisstand der Beteiligten können dabei vorhandene Füllstrukturen ausgewählt oder auch eigene Strukturen konstruiert werden. Auf diese Weise können Schüler(innen) und Student(inn)en spielerisch das Zusammenspiel aus Konstruktion und Material erfahren.