Verschiedenfarbige Häufchen aus Nanopartikeln sind in kreisförmig angeordneten Glasschälchen angehäuft wie Gewürze auf einem Basar.
© Gökce, CENIDE/UDE

Erstmals 3D-Laserdruck in Farbe

Eine Prise Nanosilber

  • von Birte Vierjahn
  • 31.08.2020

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Lüftungsgitter in Flugzeugkabinen, Serienbauteile in Autos und neuerdings auch Mascara-Bürsten: Die Industrie nutzt bereits seit einigen Jahren 3D-Drucker auf Laserbasis, wenn es auf Präzision und gute mechanische Eigenschaften ankommt. Allerdings sind die Geräte teuer, groß und drucken nur weiß. Für zu Hause gibt es neuerdings Tischgeräte, aber die wiederum können nur schwarz drucken – bis jetzt. Ein Team vom Center for Nanointegration (CENIDE) der UDE hat jetzt Farbe ins Spiel gebracht.

Preiswerter und kleiner sollen die Laserdrucker für den Küchentisch werden – und farbig: „Statt den in der Industrie üblichen CO2-Lasern setzen wir auf deutlich günstigere Diodenlaser, wie sie mit niedrigerer Leistung zum Beispiel in CD-Playern vorkommen“, erklärt Dr. Bilal Gökce aus der Technischen Chemie I der UDE. „Da muss man aber zunächst ein bisschen tricksen.“ Denn das übliche Pulver-Polymer, der Rohstoff für den Druck, ist weiß. Das bedeutet, dass es alle Wellenlängen des sichtbaren Lichts reflektiert – leider auch die des Diodenlasers.

Da hatte das Team eine Idee, um zwei Fliegen mit einer Klappe zu schlagen: Die Wissenschaftler beschichteten die Pulverkörnchen mit Nanopartikeln aus Silber. Dazu muss man wissen: In den winzigen Dimensionen des millionstel Millimeters haben Materialien mitunter überraschende Eigenschaften. So erscheint Silber gelb, Nanogold hingegen ist rot bis violett.

Konzept übertragbar auf andere Farben

Das vormals weiße Polymer war nun gelb, und in Kombination mit einem Diodenlaser, dessen Strahlung besonders gut von gelben Objekten absorbiert wird, funktionierte die Idee: Es entstand der erste laserbasierte 3D-Druck in Farbe – nachzulesen in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Advanced Optical Materials“, das den Artikel für das Cover ausgewählt hat.

„Da die Nanopartikel fest auf der Oberfläche der Pulverkörnchen sitzen und nicht nur hineingemischt sind, ergibt schon eine Prise von ihnen eine gleichmäßige Farbe“, so Gökce. Und was mit Silber funktioniert, geht auch mit Nanopartikeln aus anderem Elementen, sodass den Farben in diesem Verfahren keine Grenzen gesetzt sind. Quasi als Bonus gibt es andere Charakteristika der Partikel wie die antibakterielle Wirkung von Silber oder magnetische Eigenschaften von Eisenoxid noch dazu.

Im Bild: Im Fachartikel haben die Wissenschaftler es augenzwinkernd „würzen“ genannt und die Schälchen entsprechend arrangiert: Der Pulver-Rohstoff beschichtet mit unterschiedlichen Nanopartikeln für den laserbasierten 3D-Druck in verschiedenen Farben.

Originalveröffentlichung:
T. Hupfeld, A. Wegner, M. Blanke, C. Doñate-Buendía, V. Sharov, S. Nieskens, M. Piechotta, M. Giese, S. Barcikowski, B. Gökce
„Plasmonic Seasoning: Giving Color to Desktop Laser 3D Printed Polymers by Highly Dispersed Nanoparticles“
Adv. Optical Mater. 2020, 8, 2000473
https://doi.org/10.1002/adom.202000473

Weitere Informationen:
PD Dr. Bilal Gökce, Technische Chemie I, Tel. 0201/18 3-3146, bilal.goekce@uni-due.de

Redaktion: Birte Vierjahn, Tel. 0203/37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

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