TU/e boekt doorbraak 3D printen met vloeibaar kristalinkt

Nederlandse onderzoekers hebben een op de natuur geïnspireerde inkt op basis van een vloeibaar kristalelastomeer gemaakt die ze kunnen 3D printen: via Direct-Ink-Writing (DIW) wordt het bijzondere materiaal op een oppervlak aangebracht. Hoofdauteur van de studie naar het vloeibaar kristalinkt, waarover een artikel in Advanced Materials is gepubliceerd, is promovendus Jeroen Sol van de TU Eindhoven.

De nieuwe vloeibaar kristalinkt heeft verschillende belangrijke eigenschappen: de lichtreflecterende; de eigenschap dat de moleculen in het materiaal zichzelf assembleren tot structuren en ten derde het feit dat het materiaal een grotere viscositeit kent dan andere inkten. Dat maakt het materiaal geschikt voor 3D printen met de DIW technologie.

Toepassingen denkbaar in biosensoren en andere medische apparatuur

Synthetische vlindervleugels

“Om de nieuwe inkt met DIW succesvol te printen, varieerden we parameters als printsnelheid en temperatuur. En om de inkt goed te laten printen, maakten we deze op basis van vloeibare kristallen met een laag molecuulgewicht”, legt promovendus Jeroen Sol uit. De onderzoekers hebben de nieuwe inkt onder andere gebruikt om synthetische vlindervleugels te printen. Tot grote verrassing van de onderzoekers konden zij ook de moleculaire uitlijning op nanoschaal zeer nauwkeurig regelen door de printsnelheid te variëren. Hierdoor hadden de onderzoekers meer controle over het uiterlijk en de lichtreflecterende eigenschappen van het materiaal. “Traditioneel is controle op dit niveau alleen mogelijk met zeer gespecialiseerde fabricageapparatuur, dus om dit te doen met de nieuwe inkt en DIW 3D-printen is een echte doorbraak”, zegt Sol.

Productieprobleem opgelost

Cholesterische vloeibare kristallen, een door de mens gemaakt materiaal met eigenschappen tussen vloeistoffen en vaste kristallen in, kunnen de kleuren van vlindervleugels nabootsen. Vloeibare kristallen worden gebruikt in televisies en smartphones, maar toekomstige toepassingen voor sensoren in de gezondheidszorg of decoratieve verlichting zijn moeilijk omdat de materialen niet kunnen worden gebruikt voor geavanceerde, productiemethoden zoals 3D-printen. De materialen zijn niet viskeus genoeg om stabiele, vaste structuren te maken, en het is moeilijk om de moleculen uit te lijnen om specifieke kleuren te produceren. Dat probleem is dus in het Nederlands onderzoeksproject opgelost.

Biosensoren

Een mogelijke toepassing voor het materiaal is een dunne draagbare biosensor of andere gepersonaliseerde medische apparatuur. “Bovendien kan de combinatie van onze nieuwe inkt en DIW worden gebruikt om de gespecialiseerde optische structuren te printen die nodig zijn voor augmented reality headsets waarin levensechte en kunstmatige beelden naadloos worden gecombineerd”, zegt Sol. “De nieuwe materialen zouden hun weg kunnen vinden naar de Holo-Lenzen van de toekomst.”

Het onderzoeksproject is een samenwerking van de faculteit Chemical Engineering and Chemistry van de TU/e, TNO, DSM, Brightlands Materials Center (in het DynAM-consortium) en SABIC. Hier kun je het artikel in Advanced Materials lezen.