Fantastische vormen kunnen worden gemaakt met behulp van 3D-printen, maar voor veel toepassingen moet het gebruikte materiaal veel sterker zijn dan wat momenteel beschikbaar is. Daar werken chemici in Eindhoven aan:"Het materiaal van de huidige generatie 3D-printers is vergelijkbaar met spaghetti. We maken spaghetti die als klittenband aan elkaar plakt."

"Het onderzoek dat we doen is enigszins generiek, terwijl het in Maastricht meer toepassingsgericht is. Dat blijkt uit hun presentaties, met afbeeldingen van opengesneden dieren, " zegt Hans Heuts. Zijn stem verraadt een licht gevoel van afschuw, waardoor zijn collega Rint Sijbesma hardop moest lachen. Er loopt geen druppel bloed uit eigen onderzoek aan de scheikundefaculteit van de Technische Universiteit Eindhoven, ook al wordt het uiteindelijk toegepast bij het 3D-printen van protheses en implantaten. Er is een gebied waar zij en hun Maastrichtse collega's wel iets gemeen hebben, hoewel:de groepen onderzoekers ontwikkelen zowel nieuwe kunststoffen als gels op basis van dynamische chemische bindingen. Dit zijn chemische verbindingen in een stof die gemakkelijk kunnen worden gescheiden en toch gemakkelijk opnieuw kunnen worden gebonden.

Dynamische bindingen zorgen ervoor dat de eigenschappen van de stof tijdens of na de productie kunnen veranderen. "We werken aan sterkere materialen voor 3D-printen, ", legt Sijbesma uit. "De gels die in Maastricht worden gemaakt, zijn bedoeld voor gebruik op mensen, voor het inbrengen van stamcellen in het lichaam, in Eindhoven loopt ook een derde onderzoeksproject in het kader van het gezamenlijke onderzoeksprogramma DYNAM. Chemicus Albert Schenning werkt aan 4D-printen. Hij ontwikkelt materialen die reageren op externe signalen, zoals licht. "Je kunt heel precieze vormen maken door het materiaal aan licht bloot te stellen, ", zegt Sijbesma. DYNAM is een onderzoeksprogramma waarin de twee universiteiten samenwerken met DSM, Brightlands Materials Center, de Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek, en Xilloc, een jong bedrijf in medische implantaten op maat. De Xilloc-website heeft opvallende afbeeldingen van 3D-geprinte delen van schedels, een van de toepassingen die in je opkomen bij medisch 3D-printen.

Nieuwe afdrukmaterialen

Het is mogelijk om met 3D-printen vormen te maken die niet eenvoudig met traditionele methoden kunnen worden gemaakt - een voorbeeld is dat van twee naadloos met elkaar verbonden haken. Er zijn ook geen mallen nodig, wat handig is voor objecten die uniek zijn of op maat gemaakte implantaten of protheses. Chemici Sijbesma en Heuts ontwikkelen nieuwe materialen voor lasersinteren, een printtechniek waarbij lagen poeder met behulp van laser aan elkaar worden gesmolten tot een object. "De hoge mate van precisie is fantastisch, en je hebt geen steunvlak nodig zoals bij andere 3D-printmethoden, " zegt Heuts, "maar het resultaat is lang niet zo sterk als bij spuitgieten, bijvoorbeeld."

Sijbesma en hij werken daarom aan nieuwe kunststoffen waardoor het gesmolten poeder beter kan hechten. "Normale polymeren zijn een beetje zoals spaghettistrengen, die hechten doordat ze met elkaar verstrikt raken. We verbeteren hun kleefkracht door dynamische bindingen toe te voegen. Dan krijg je wat wij Velcro-spaghetti noemen, " legt Heuts uit. Bij hoge temperaturen, de klittenbandverbindingen scheiden en het plastic wordt vloeibaar. Sijbesma:"Hierdoor het is gemakkelijk om mee te werken bij hoge temperaturen." Als het eenmaal is afgekoeld, het materiaal is keihard.

Het onderzoek loopt goed. In het lab worden meerdere nieuwe materialen gemaakt. "Je probeert van alles uit waarvan je denkt dat het zou kunnen werken, " zegt Sijbesma. Soms gaat het goed, andere keren minder. "Een van de materialen die we maakten, bleek eigenlijk extreem broos." Op dit moment testen collega's van de faculteit Werktuigbouwkunde de beste materialen. Heuts vervolgt:"Ze kijken of de poeders bij verhitting 'netjes' in elkaar overvloeien." Dat betekent niet dat het werk van Sijbesma en Heuts erop zit. "Indien, bijvoorbeeld, een overigens veelbelovend materiaal smelt niet bij de juiste temperatuur, dan moeten we gaan werken waar we gebleven waren."

Extruder

Ook moet er nagedacht worden over de juiste productiemethode. Binnenkort komt er een extruder aan, een apparaat dat veel wordt gebruikt in de kunststofchemicaliënsector. Dit is een soort injectiespuit waar aan één kant plastic korrels in gaan, en waaruit gesmolten plastic uit de andere komt. "Het uitgangspunt voor ons onderzoek is dat we eenvoudige chemie en veelgebruikte uitgangsmaterialen gebruiken, Heuts benadrukt. "De basis die we gebruiken is een commerciële polyester van DSM. We voegen daar nog een stof aan toe om de dynamische bindingen te creëren." Met behulp van de extruder, hij zou graag willen zien of deze vermenging op grotere schaal werkt. "Met een beetje geluk, we zullen onze uitgangsmaterialen in de extruder doen en ons nieuwe plastic komt eruit als een vloeistof, "zegt hij. Als dit inderdaad gebeurt, de stap naar commercieel gebruik zou sterk worden vereenvoudigd. Sijbesma:"Momenteel we gebruiken slechts kleine hoeveelheden poeder, een paar gram, maar ik geloof niet dat opschaling een probleem zou moeten zijn."

De sterke materialen zijn speciaal ontworpen voor 3D-printen, maar kan ook op andere gebieden worden gebruikt. Herstelbare kunststof, bijvoorbeeld. "Het stroomt als je het opwarmt, en is sterk als het afkoelt. Je zou dus een breuk kunnen herstellen door het plastic op te warmen, " legt Heuts uit. "Het blijft speculeren, maar het zou kunnen worden gebruikt voor het repareren van windturbines."

"Of plastic kinderspeelgoed, ", voegt Sijbesma toe, "zodat je ze niet hoeft weg te gooien als er een stuk breekt." Voor nu, dit is allemaal maar speculatie, natuurlijk, en Sijbesma en Heuts hebben dringender zaken aan hun hoofd. Eerst, ze willen bereiken wat ze beloofden in hun onderzoeksvoorstel:een sterk materiaal ontwikkelen voor 3D-printen. "Tot we dat gedaan hebben, al de rest is gewoon lawaai."