Druckverfahren

Digitaler Inkjet-Druck

Neuartige additive Fertigungsprozesse werden derzeit in einer Vielzahl von Forschungsfeldern bearbeitet. Unter den etablierten Drucktechniken bietet der Inkjet-Druck eine hochattraktive Technik, um in der Fläche oder dreidimensional Strukturen zu erzeugen, die zuvor am Rechner entworfen werden.

Der digitale Inkjet-Druck erzeugt dabei kleine, gleichmäßig große Tröpfchen, die als Mikrobausteine eingesetzt werden können. Damit lassen sich auf innovative Weise ortsaufgelöste Strukturen neuer, aber auch bekannter Materialien erzeugen. Daher fokussiert das Fraunhofer IGB seine Forschung auf den Inkjet-Druck als Fertigungswerkzeug zur Individualisierung von Produktionsprozessen.

Im Zentrum unserer Arbeiten steht die Entwicklung geeigneter Tintenformulierungen, um vielfältige Funktionskomponenten wie Hydrogele, Nanopartikel, Proteine und leitfähige Materialien zu verarbeiten.

Leistungsspektrum

  • Formulierung von Inkjet-Tinten auf wässriger oder Lösemittel-Basis
  • Biofunktionale Tinten
  • Nano- und mikropartikelhaltige Tinten
  • UV-vernetzbare Tinten
  • Leitfähige und Halbleiter-Tinten
  • Druck hochaufgelöster Strukturen

 

Herstellung funktioneller Tinten

Zur Einstellung der Viskosität und Oberflächenspannung funktioneller Tinten werden die Eigenschaften der Funktionskomponenten angepasst. Je nach Anforderung werden wässrige oder lösemittelbasierte Tinten hergestellt. Für Anwendungen im Tissue Engineering werden beispielsweise initiatorfrei vernetzende biokompatible Hydrogele entwickelt und Biomoleküle, durch chemische Modifizierung mit vernetzbaren Gruppen oder Funktionalitäten, zur Steuerung der Löslichkeitseigenschaften und Viskosität ausgestattet.

Für optimale Druckergebnisse werden unterschiedliche Substratmaterialien nasschemisch oder mittels Plasmatechnologie vorbehandelt, um ein optimales Druckbild zu erhalten.

Folgende Beispiele für Tinten stehen in unserem Fokus:

  • Initiatorfrei vernetzende Zwei-Komponenten-Systeme
  • Modifizierte Biomoleküle
  • Zellhaltige Tinten
  • Suspensionen metallischer oder oxidischer Partikel
  • Kohlenstoffhaltige Tinten

Zwei-Komponenten-Reaktivdruck von Polyurethanschäumen

© Fraunhofer IGB

Reaktivdruck mittels Fujifilm Dimatix Inkjet-Drucker.

Die Kombination von Inkjet-Druck und bekannter Polyurethan-Chemie hat ein hohes Potenzial für die zukünftige Herstellung von Funktionsmaterialien. Derzeit konzentrieren wir uns auf die Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen mittels Zwei-Komponenten-Reaktiv-Inkjet-Druck. Dabei werden zwei Tinten (isocyanatfunktionale und beispielsweise hydroxyfunktionale Tinte), die jeweils eine reaktive Komponente enthalten, getrennt in einem Verfahren schichtweise gedruckt. Die hydroxyfunktionale Tinte enthält ein Polyethylenglykol (PEG) als Hauptträger, kombiniert mit einem Vernetzer und Katalysatoren. Die zweite Tinte enthält die reine Isocyanatverbindung Hexamethylendiisocyanat, um durch chemische Reaktion die poröse Polyurethanstruktur zu erhalten. Mit diesem Verfahren ist es uns erstmals gelungen, ohne weitere mechanische Vermischung der beiden reaktiven Tinten, Polyurethanschäume herzustellen. Durch Variation der Tinten ist es denkbar, ortsaufgelöst unterschiedlich definierte Oberflächeneigenschaften in situ zu erzielen.

Literatur

  1. Schuster, F.;  Ngako Ngamgoue, F.; Goetz, T. ; Hirth, T. ; Weber, A.; Bach, M. (2017) Investigations of a catalyst system regarding the foamability of polyurethanes for reactive inkjet printing. J. Mater. Chem. C 5(27): 6738–6744.
  2. Schuster, F.; Ngako Ngamgoue, F.; Hirth, T.; Weber, A. (2017) Manufacturing of micro-scale polyurethane foams by reactive inkjet printing. NIP & Digital Fabrication Conference 2017(1): 32–36

Referenzprojekte

Funktionale Tinten für den Inkjet-Druck – MicroPrint

Entwicklung von Tintenformulierungen für die Verarbeitung vielfältiger Funktionskomponenten. Insbesondere stellen wir biofunktionale Tinten her, um beispielsweise Biomoleküle zum Beispiel für die Herstellung von Sensoren oder medizinischen Assays für die schnelle und automatisierte Verarbeitung verfügbar zu machen.

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