3D-Druck mit Sonnenlicht ☀️

Wissenschaftler haben eine neue Familie von Molekülen entwickelt, die Harze unter einfacher Lichteinwirkung des Tageslichts aushärten können und damit den Bereich des 3D-Drucks revolutionieren. Diese Verbindungen sind effizienter und weniger toxisch als die derzeitigen Photoinitiatoren und ebnen den Weg für eine umweltfreundlichere Herstellung von Objekten für zahlreiche Anwendungen, insbesondere im medizinischen Bereich.


In der sich ständig erweiternden Welt des 3D-Drucks ist die Photopolymerisation ein entscheidender Schritt: der Übergang von einem flüssigen Material zu einer festen Struktur unter Lichteinwirkung. Um diese Reaktion auszulösen, verwenden die meisten Systeme jedoch Photoinitiatoren, die auf ultraviolette (UV) Strahlen reagieren – eine effektive Technologie, die jedoch durch hohe Energiekosten sowie Umwelt- und Gesundheitsbedenken aufgrund der Toxizität dieser Moleküle begrenzt ist.

Chemiker des Instituts für Materialwissenschaften in Mulhouse (CNRS/Universität Haute-Alsace) und des Instituts für Radikalchemie (CNRS/Aix-Marseille Université) haben daher in Zusammenarbeit mit australischen und chinesischen Wissenschaftlern eine neue Generation von Photoinitiatoren entwickelt, die mit blauen LEDs und sogar mit Sonnenlicht funktionieren. Ihr Geheimnis? Ein hybrides Molekül, das zwei chemisch aktive Strukturen integriert, die sichtbares Licht absorbieren.

Sobald sie beleuchtet werden, setzen diese Moleküle freie Radikale frei, die die Polymerisationsreaktion auslösen können. Durch die Kombination einer theoretischen Vorhersagemethode und Experimenten mit mehreren Kandidatenmolekülen konnten sie das vielversprechendste Molekül identifizieren, das die Polymerisation effektiv unter Tageslicht einleitet. Das als "C5" bezeichnete Molekül zeigte tatsächlich eine um 40 bis 132 % höhere Effizienz im Vergleich zu kommerziellen Referenzen, abhängig von der Wellenlänge des verwendeten Lichts.

Noch besser: Dieser neue Photoinitiator ist nicht nur leistungsfähiger, sondern auch weniger toxisch als seine Vorgänger – ein entscheidendes Kriterium für biomedizinische oder lebensmitteltechnische Anwendungen. Zytotoxizitätstests ergaben eine bessere Verträglichkeit mit menschlichen Zellen im Vergleich zu anderen weit verbreiteten Initiatoren.

Die Auswirkungen dieser Entdeckung sind vielfältig: Herstellung umweltfreundlicherer Materialien, großflächiger 3D-Druck unter natürlichem Licht, Entwicklung sichererer medizinischer Geräte – kurz gesagt, ein präziserer, nachhaltigerer und für alle zugänglicher 3D-Druck, ermöglicht durch einfaches Tageslicht. Diese Studie wurde in der Zeitschrift Angewandte Chemie International Edition veröffentlicht.