Multicomponent 3D-printing for core - shell capsule composites and supramolecular polymers

Abstract

Der wichtigste Punkt der Arbeit ist das Drucken von der Kapselhülle, gleichzeitig kombiniert mit dem Füllen der Kapseln mit Flüssigkeiten, in einem Schicht-für-Schicht Ansatz für mikrometergroße Kapseln. Das entwickelte System wurde auf ein „Click“-Reaktion von flüssigen trivalenten Monomeren angewendet. Dafür wurden PCL-Komposite mit Nano- und Mikropartikeln mit den reaktiven Flüssigkeiten kombiniert. Das entstehende Kompositmaterial wurde für post-printing Reaktionen verwendet. Mit dem gleichen Druckverfahren wurden auch stresssensitive Materialien erprobt, die auf Mechanophore mit kleinem und großem Molekulargewicht basieren. In einem weiteren Teil der Arbeit zum 3D-Drucken von Multimaterial-Kompositen basiert auf supramolekulare Polymere mit Wasserstoffbrückenbindungen. Die Druckbarkeit wird auf die temperatur- und scherabhängigen Eigenschaften der supramolekularen Wechselwirkungen zurückgeführt, die auch für die Formstabilität nach dem 3D-Drucken verantwortlich sind. Die supramolekularen PIB-polymere zeigten gummiartiges Verhalten bei Raumtemperatur.

The critical manufacturing process is the simultaneous build up of capsule shell and liquid core filling in a layer by layer approach for micrometer sized capsules. As a proof of concept “click”-reaction systems, based on liquid trivalent resin monomers, are manufactured. PCL composites with nano- and micro-fillers are combined with reactive liquids. The 3D-printed core-shell capsule composite can be used for post-printing reactions. With a similar approach, stress‐sensing materials, based on high- and low molecular weight mechanophores are manufactured. Another concept for 3D-printing multi-material composites is based on hydrogen-bonded supramolecular polymers. The printability is relies on reversible thermal- and shear-induced dissociation of the supramolecular interactions, which generates stable and self-supported structures after 3D-printing. The supramolecular PIB polymers showed a rubber like behavior and were able to form self-supported 3D-printed objects at room temperature.