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Desktop Electrospinning: Fasergewebe aus dem 3D-Drucker

Forscher haben einen herkömmlichen 3D-Drucker so modifiziert, dass er neben dem Druck fester Teile auch das Elektrospinnen von Polymerfasern beherrscht.

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Wenn das Filament wild aus der Düse schießt, ist es normalerweise Zeit, den Druck abzubrechen – nicht so beim Elektrospinnen. Durch das Anlegen hoher Spannung entstehen aus dem Filament dünne Fasern, die schließlich ein Gewebe bilden. Bisher wird das Verfahren vor allem mit teuren Spezialgeräten in der Biomedizintechnik angewendet. Mit dem Open-Source-Projekt Desktop Electrospinning können auch einfache 3D-Drucker umgebaut werden.

Entwickelt wurde es von zwei Forschern der Universität Carnegie Mellon in Pittsburgh. Dazu modifizierten sie einen 3D-Drucker, der ursprünglich an den Prusa i3 angelehnt war. Das Hotend und die Druckplatte werden dazu an eine arduino-gesteuerte Hochspannungsquelle angeschlossen, die je nach Druckwunsch an- bzw. ausgestellt werden kann. So ist der abwechselnde Druck fester und gewebeartiger Teile möglich und selbst eine Kombination aus beidem. Bei 7000 Volt muss sich die Düse allerdings mindestens 1,5 Zentimeter über der Platte befinden, um das Bilden von Lichtbögen zu verhindern.

Elektrospinnen mit dem 3D-Drucker (6 Bilder)

Statt fester Bauteile wird dünnes Gewebe gedruckt.
(Bild: Michael Rivera)

3D-Druck

Der Sammelbegriff 3D-Druck steht heute für ein ganzes Bündel von Fertigungstechniken, die nach unterschiedlichen Prinzipien funktionieren und sich jeweils nur für ganz bestimmte Materialien eignen. Ihr gemeinsamer Nenner: Alle Verfahren bauen dreidimensionale Objekte, indem sie Material in dünnen Schichten auftragen und verfestigen.

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Das gedruckte Gewebe kann Flüssigkeiten absorbieren und dabei als Absorptionssensor verwendet werden. Durch das Beschichten mit leitender Farbe ist alternativ der Einsatz als piezoresistiver Sensor möglich. Als Beispielprojekte hat das Team eine Blume entworfen, die ihre Blätter einzieht, wenn die Erde zu trocken ist. Die Kombination von festen Druckteilen mit Gewebe ermöglicht außerdem faltbare Drucke wie die Handyhalterung. Da das Gewebe selbst nicht leitend ist, dient es schließlich als Oberfläche über verschiedenen kapazitiven Sensoren im interaktiven Comic.

Das Projekt wird Anfang Mai auf der Konferenz zur Mensch-Maschinen-Interaktion CHI 2019 in Glasgow präsentiert. Auf Github sollen außerdem bald die Dateien zum Nachbauen zum Herunterladen zur Verfügung stehen. Das Paper ist bereits online nachzulesen. Derzeit funktioniert das Verfahren nur mit PLA und PCL, die Forscher arbeiten daran, weitere Filamente einzusetzen. (hch)