Flüssigphasenbasierte Prozesse

Im Bereich der flüssigphasenbasierten Systeme wird am LKT insbesondere an der Materialentwicklung für SLA (Stereolithografie) geforscht. Beim SLA wird ein flüssiges Photopolymer selektiv mit einem UV-Laser belichtet, wodurch das Harz schichtweise aushärtet. Forschungsschwerpunkte liegen in der gezielten Materialmodifikation, der Entwicklung eigener applikationsspezifischer Harz-Systeme, der Integration von Fasern sowie der Prozessanalyse.
 
Neben rein unter UV-Beleuchtung härtenden Systemen gibt es zudem sog. Dual-Cure-Systeme. Der Begriff „Dual-Cure“ bezeichnet die Kombination von zwei verschiedenen Aushärtungsmechanismen, die aufeinander abgestimmt sind und nacheinander angewendet werden. Diese umfassen eine primäre Härtung durch UV-Belichtung und eine anschließende sekundäre Aushärtung durch die thermisch induzierte Vernetzung. Während die primäre Aushärtung die Formgebung und schichtweisen Bauteilaufbau ermöglicht, dient die sekundäre Aushärtung dazu, die Polymerisation abzuschließen oder zusätzliche Vernetzungsreaktionen einzuleiten, wodurch die finalen Materialeigenschaften verbessert werden. Auf diese Weise lassen sich Bauteile mit verbesserten mechanischen, chemischen oder thermischen Eigenschaften herstellen.

Eine mögliche Anwendung der additiven Fertigungstechnologie ist die Herstellung biomimetischer physikalischer Modelle der Gefäßstrukturen von Tumoren und der umliegenden Blutgefäße, die als experimentelle Plattform für die Untersuchung neuartiger Strategien zur gezielten Wirkstofffreisetzung dienen können. Aufgrund der inhärenten Einschränkungen etablierter additiver Fertigungsprozesse und Materialien sind jedoch Anstrengungen erforderlich, um die Tumoreigenschaften angemessen abzubilden. Beispielsweise müssen die Anpassung von Materialeigenschaften oder der Einsatz von Nachbearbeitungsstrategien untersucht werden, um die gewünschten Eigenschaften der Bauteile zu erreichen.
 
Den Fokus der Forschung am LKT umfasst die Entwicklung neuartiger Fertigungskonzepte und Methoden zur Schaffung geometrisch komplexer Strukturen, welche die fluidischen Prozesse innerhalb der Gefäßstrukturen von Tumoren modellieren. Dabei müssen nicht nur die Ableitung von 3D-Strukturen, sondern auch die Umsetzung von Gewebeeigenschaften wie Wandtopographie, Oberflächenladung oder Mikromechanik berücksichtigt werden.

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Graduiertenkolleg 2590 SyMoCADS

• Synthetic Molecular Communications Across Different Scales: From Theory to Experiments
• Homepage: SyMoCADS
• Beitrag des LKT in P6: Herstellung physischer Tumormodelle unter Verwendung additiver Fertigungstechnologien für die magnetfeldgesteuerte Platzierung von Pharmazeutika
• Ansprechpartner am LKT: Daniel Fleischhauer, M.Sc.

Ein Schwerpunkt in der Forschung für die flüssigphasenbasierte additive Fertigung stellt die Entwicklung von flammschutzmodifizierten Materialsystemen dar. Die Integration von Flammschutzmitteln in flüssigbasierte Polymere ist von entscheidender Bedeutung für sicherheitskritische Industrien wie die Automobil-, Bau-, Elektronik- sowie Luft- und Raumfahrtindustrie. In diesen Bereichen bestehen besonders hohe Anforderungen an Brandschutz und Sicherheit, kombiniert mit der Notwendigkeit leichter und leistungsfähiger Materialien. Durch die Forschung am Lehrstuhl wird nicht nur die Sicherheit der Endprodukte erhöht, sondern es werden auch strengste gesetzliche Vorgaben in Bezug auf Brandschutz und Nachhaltigkeit erfüllt. Diese Entwicklungen ermöglichen der additiven Fertigung neue Anwendungsfelder und schaffen technologische Fortschritte für die Zukunft.
 
Besondere Aufmerksamkeit gilt dem Einsatz halogenfreier Flammschutzmittel, die nicht nur eine hohe Brandsicherheit bieten, sondern auch umweltfreundlicher sind. Diese Flammschutzmittel reduzieren die Entflammbarkeit der Bauteile, indem sie entweder eine schützende Barriere gegen die Brandausbreitung schaffen oder den Zugang von Sauerstoff verhindern. Die Zielsetzung ist dabei, sichere und nachhaltige Lösungen zu entwickeln.

Das Embedded Additive Manufacturing stellt einen innovativen Ansatz im Bereich der Additiven Fertigung dar, der die Herstellung von Bauteilen mit geringer Steifigkeit unter Verwendung eines Supportmediums anstelle steifer Stützstrukturen fokussiert. Das Grundprinzip beruht auf dem Dispensen von niedrig viskosen Silikonharzen in ein rheologisch angepasstes Supportmedium. Im Unterschied zu herkömmlichen extrusionsbasierten Anlagen, die auf einen sukzessiven schichtweisen Aufbau der Bauteile begrenzt sind, ermöglicht das Embedded Additive Manufacturing das Materialdispensing omnidirektional frei im Raum.
 
Der LKT profitiert hierbei insbesondere durch die Nutzung komplexer Robotersysteme und der Integration forschrittlichster Prüftechnik und forscht u.a. an den Potentialen in der geometrisch komplexen Verarbeitung medizinischer Werkstoffsysteme für biomechanisch anspruchsvolle Anwendungen.

Das hochdynamische Zentripetalformen umfasst einen neuartigen Fertigungsprozess zur Herstellung dünner und mehrschichtiger Bauteile mit mikrostrukturierbarer Oberfläche auf Grundlage polymerisationshärtender Elastomersysteme. Unter Ausnutzung sehr hoher Zentripetalkräfte bei Rotationsgeschwindigkeiten im Bereich mehrerer tausend U/min resultiert die adhäsionskontrollierte Ausbildung präzise tolerierter Wandungen im Sub-Millimeter-Bereich. Wir untersuchen hierbei u.a. den Einfluss der flexiblen Positionierung der Rotationsachse, was eine wesentliche Steigerung der Geometriekomplexität als auch die lokal divergente Adaption ausgebildeter Schichtdicken und mechanischer Eigenschaften im Vergleich zu einer fixierten Rotationsachse erlaubt.