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Bio-basierte Dithiolan-Tinte für nachhaltigen 3D-Druck
Forschende der Universität Heidelberg präsentieren eine bio-basierte Dithiolan-Tinte für den lichtbasierten 3D-Druck. Das System ermöglicht hochauflösende Strukturen vom Makro- bis zum Mikromassstab und erlaubt durch eingebettete latente Basen eine kontrollierte thermische Depolymerisation – eine nachhaltige Alternative zu (Meth-)Acrylat-basierten Tinten.
Der lichtbasierte 3D-Druck hat sich in den letzten Jahren als vielseitige Fertigungstechnik für polymere Materialien etabliert – vom Alltagsgegenstand bis zu mikroskaligen Strukturen. Trotz der vergleichsweise abfallarmen, bedarfsorientierten Fertigung hängt die ökologische Bilanz stark von den eingesetzten Rohstoffen ab. Bisher dominieren (Meth-)Acrylat-basierte Tinten, deren Kohlenstoffgerüste schwer abbaubar sind und damit Endof-Use-Optionen einschränken.
Eine Forschungsgruppe um Eva Blasco an der Universität Heidelberg adressiert dieses Problem mit einer Tinte auf Basis von 1,2-Dithiolanringen, wie sie etwa in der natürlichen Liponsäure vorkommen. Bei Bestrahlung öffnen sich die Ringe unter Bildung dynamischer Disulfidbindungen, was ein dynamisches kovalentes Netzwerk ergibt. Vorteilhaft ist zudem, dass diese Systeme ohne den Einsatz oft toxischer Photoinitiatoren polymerisierbar sind.
Lesetipp:
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Hochauflösender Druck im Makro- und Mikromassstab
Die entwickelte Dithiolan-Tinte wurde sowohl im Digital Light Processing (DLP) für makroskopische Bauteile als auch in der Zwei-Photonen-Laserlithographie (2PLP) für mikroskalige Strukturen erfolgreich eingesetzt. Die Forschenden zeigen die Herstellung komplexer 3D-Strukturen mit feiner Auflösung und belegen damit die Eignung des Materials für mikroskalige Anwendungen – ein Bereich, in dem dithiolanbasierte Systeme bislang kaum erschlossen sind.
Eine Besonderheit liegt in der Integration einer thermisch latenten Base in die Tintenformulierung. Diese ermöglicht eine kontrollierte thermische Depolymerisation der gedruckten Strukturen und damit eine flexible Anpassung der Abbau-Bedingungen. Die Strategie funktioniert über beide Druckskalen hinweg – ein erstes Beispiel für gezielte Depolymerisation in mikrogedruckten Strukturen mittels eingebetteter latenter Base.
Perspektiven für nachhaltige Beschichtungs- und Druckmaterialien
Die Arbeit demonstriert, wie sich bio-basierte Rohstoffe, alternative Photochemie und einstellbare Depolymerisation in einem System kombinieren lassen. Damit eröffnet sich eine (Meth-)Acrylat-freie Strategie für nachhaltigere lichtbasierte Fertigungs- und Beschichtungsprozesse mit verbesserten Recyclingoptionen. Insbesondere die Übertragbarkeit auf den Mikromassstab erweitert das Anwendungsspektrum erheblich, etwa für funktionelle Mikrostrukturen mit definiertem Lebenszyklus.
Quelle: Klee, P. S. et al. High resolution light-based 3D printing of a bio-sourced monomer with tuneable depolymerisation. Polym. Chem. (2025).
