Was haben Kosmetika, Autolacke, Pässe, Geldscheine, tropische Insekten und Austern gemeinsam? Die Farbe wird durch eine spezifische mikroskopische Organisation der Materie gebildet, aus der das Material besteht, die oft als „schillernd“ oder „holographisch“ bezeichnet wird, was sich beide auf das auffällige, regenbogenähnliche Aussehen bezieht. Der Chemieingenieur Jeroen Sol untersuchte, wie Flüssigkristalle als vielseitiges Tintenmaterial verwendet werden könnten, um solche glänzenden Farbbeschichtungen zu erzeugen.
Der 3D-Druck hat in den letzten Jahren im Mainstream Anklang gefunden. Techniken, die unter diesen Namen fallen, wurden zur Herstellung von Gesichtsschutzteilen und High-Tech-Rennrädern verwendet und finden auch Anwendung in personalisierten medizinischen Verfahren. Mutig gesagt: Was man sich vorstellen kann, lässt sich drucken – bis auf unsere schillernden Farben. Ein kurzer Blick in die 3D-Druckerei zeigt Druckmaterialien in allen Farben des Regenbogens, aber suchen Sie nach dem glänzenden Schimmer einer Auster, und Ihre Suche wird vergeblich sein.
Glänzendes glitzerndes Aussehen
In seiner Doktorarbeit beschreibt Jeroen Sol, wie „flüssige Kristalle“ verwendet werden können, um diese Lücke zu füllen. Flüssigkristalle werden häufig in Computermonitoren und Fernsehern verwendet, aber ihre Möglichkeiten reichen nach einigen chemischen Modifikationen viel weiter. Flüssigkristalle der „cholesterischen“ Sorte reflektieren Farben dramatisch wie die Beispiele in der Einleitung, sind aber immer noch sehr flüssig.
Zunächst zeigt Sol, dass Filme aus solchen strukturell gefärbten cholesterischen Flüssigkristallen mit Ultraschall aufgebrochen werden können, wodurch große Filme in kleine Flocken im Submillimeterbereich umgewandelt werden. Das Mischen dieser Flocken in einen transparenten 3D-Druckkunststoff führt zu einem Filament mit einem glänzenden, glitzernden Aussehen. Auch mit diesem Material bedruckte Objekte weisen diese ansprechende Farbgebung auf.
Der nächste Schritt – vollständig strukturgefärbte, 3D-gedruckte Geräte – erforderte ein Überdenken des Druckprozesses und folglich der Ausgangstinte. Für diesen anderen Prozess, das „direkte Tintenschreiben“, modifizierte Sol den cholesterischen Flüssigkristall chemisch, sodass er eine Konsistenz zwischen Honig und glatter Erdnussbutter hat.
Die mit dieser Tinte gedruckten Objekte zeigten eine leuchtende Farbe, die sich je nach Betrachtungspunkt ändert. Darüber hinaus schien das Schillern dieser Objekte nicht nur während der Tintenvorbereitung entschieden zu werden, sondern auch die Druckeinstellungen spielen eine enorme Rolle. „Das ist kein Nachteil, sondern eröffnet Möglichkeiten: Eine einzige Tinte kann für mehrere unterschiedliche Erscheinungsbilder verwendet werden“, sagt Sol.
4D-Druck
Diese vielseitige Tinte diente als Ausgangspunkt für den „4D-Druck“ von irisierenden Materialien. Durch weitere Modifizierung der farbigen cholesterischen Flüssigkristalltinte von Sols wird diese „vierte Dimension“ in Form einer Farbänderung als Reaktion auf Wasser veranschaulicht. Inspiriert von der Natur – wie tropischen Käfern – zeigen die Objekte dramatische Farbübergänge als Reaktion auf Änderungen der Luftfeuchtigkeit.
Allein gedruckt kann die cholesterische Tinte auch für Objekte verwendet werden, die sich durch Feuchtigkeit reversibel vorprogrammiert verformen. Inspiriert von Jakobsmuscheln wird ein Demonstrator gezeigt, der in einer stark feuchten Atmosphäre schließt und sich für trockene Luft öffnet.
Sol: „Wenn diese Arbeit etwas zeigt, dann die Tatsache, dass die Zukunft des 3D-Drucks zwar bereits weithin als hell angesehen wird, die hier gedruckten bunten Flüssigkristalle sie jedoch noch heller machen.“
Cholesterische Flüssigkristalle in der additiven Fertigung: pure.tue.nl/ws/portalfiles/por … /20220330_Sol_hf.pdf