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Formgedächtnis 3D-gedrucktes Textil passt sich an Träger an

| Redakteur: Katharina Juschkat

Havard-Forscher haben ein 3D-gedrucktes Textil mit Formgedächtnis hergestellt. Denkbar wären damit z.B smarte Textilien, die sich an die Bedürfnisse des Trägers anpassen.

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Ein neues Material kann via 3D-Drucker hergestellt werden und verfügt über ein Formgedächtnis.
Ein neues Material kann via 3D-Drucker hergestellt werden und verfügt über ein Formgedächtnis.
(Bild: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS))

Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) haben ein biokompatibles Material entwickelt, welches in jede beliebige Form 3D-gedruckt werden kann. Außerdem verfügt das neue Material über ein reversibles Formgedächtnis.

Das neue Material wird aus Keratin hergestellt, einem Faserprotein, das in Haaren, Nägeln und Schalen vorkommt. Die Forscher extrahierten das Keratin aus Resten von Agora-Wolle, die bei der Textilherstellung verwendet wird.

Wir haben gezeigt, dass wir nicht nur Wolle recyceln können, sondern dass wir aus der recycelten Wolle Dinge bauen können, die man sich nie zuvor vorstellen konnte.

Kit Parker, Seas, leitender Autor der Studie

Wie das Textil zum Formgedächtnis kommt

Der Schlüssel zu den formverändernden Fähigkeiten des Keratins liegt in seiner Anordnung. Eine einzelne Kette von Keratin ist zu einer federartigen Struktur angeordnet, die als Alpha-Helix bekannt ist. Zwei dieser Ketten verdrehen sich zu einer Struktur, die als gewundene Spirale bezeichnet wird. Die Organisation der Alpha-Helix und die chemischen Bindungen verleihen dem Material sowohl Festigkeit als auch Formgedächtnis.

Wenn eine Faser gedehnt oder einem bestimmten Reiz ausgesetzt wird, wickeln sich die federähnlichen Strukturen ab, und die Bindungen richten sich neu aus, um stabile Beta-Schichten zu bilden. Die Faser bleibt in dieser Position, bis sie ausgelöst wird, um sich wieder in ihre ursprüngliche Form zurückzurollen.

3D-gedruckte Keratinschicht

Um diesen Prozess zu demonstrieren, haben die Forscher Keratinschicht in verschiedenen Formen 3D-gedruckt. Sie programmierten die permanente Form des Materials – die Form, in die es immer zurückkehrt, wenn es ausgelöst wird – mit einer Lösung aus Wasserstoffperoxid und Mononatriumphosphat. Sobald das Gedächtnis eingestellt war, konnte die Schicht neu programmiert und in neue Formen gegossen werden.

Zum Beispiel wurde eine Schicht zu einem komplexen Origami-Stern gefaltet, der als dauerhafte Form dient. Sobald das Gedächtnis gesetzt war, tauchten die Forscher den Stern in Wasser ein, wo er sich entfaltete und formbar wurde. Von dort aus rollten sie die Folie zu einem engen Rohr zusammen. Sobald die Folie trocken war, wurde sie als voll stabiles und funktionsfähiges Rohr eingeschlossen. Um den Prozess umzukehren, legten sie das Rohr wieder in Wasser, wo es sich entrollte und zu einem Origami-Stern zurückfaltete.

Anwendungsbeispiele: Formangepasste BHs und belüftete T-Shirts

Dieser zweistufige Prozess – 3D-Drucken und anschließendes Festlegens seiner dauerhaften Form – ermöglicht die Herstellung wirklich komplexer Formen. Dadurch eignet sich die Textilie für unterschiedliche Anwendungen, von der Textil- bis zur Gewebetechnik.

Aus dem Textil könnte beispielsweise ein T-Shirt mit Lüftungsschlitzen designt werden, die sich öffnen, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt sind und wieder schließen, wenn sie trocken sind. Es könnte auch eine Einheitsgröße für alle Kleidungsstücke hergestellt werden, die sich beim Tragen auf die Maße einer Person dehnen oder zusammenziehen - oder BHs, deren Körbchengröße und Form sich täglich anpassen. Auch Textilien für medizinische Therapeutika wären möglich.

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