3D-Drucker sind längst nichts Ungewöhnliches mehr. Fast beliebige geometrische Formen kann man heute am Computer entwerfen und dann mit dem 3D-Drucker in reale Objekte verwandeln. Doch Katharina Ehrmann vom Institut für Angewandte Synthesechemie der TU Wien geht noch einen Schritt weiter: Nicht nur die Form, sondern auch das Material und seine Eigenschaften kann sie punktgenau anpassen. Ihre Vision: Der 3D-Drucker soll in Zukunft nicht mehr bloß ein Formgebungsapparat sein, sondern ein flexibler Reaktor für die Materialchemie. Dafür wurde sie nun mit dem Dr. Ernst Fehrer-Preis der TU Wien ausgezeichnet.

Flüssigkeiten, die durch Licht fest werden

Das Grundkonzept der 3D-Drucker, mit denen man im Team von Katharina Ehrmann arbeitet, ist einfach: Man verwendet eine Flüssigkeit, die viele kleine molekulare Bausteine enthält. Zunächst sind diese Bausteine nicht miteinander verbunden. Doch wenn man sie mit Licht bestrahlt, ändert sich das: Wo das Licht fokussiert wird und besonders hell ist, kommt es zu chemischen Reaktionen, die molekularen Bausteine werden miteinander verbunden, sie bilden eine netzartige Struktur und ergeben ein festes Objekt.

„Die entscheidende Frage ist nun: Auf welche Weise vernetzen sich diese molekularen Bausteine?“, sagt Katharina Ehrmann. „Bilden sie dichte Netzwerke mit vielen Querverbindungen, oder eher lange Ketten? Wie sind diese Ketten miteinander verbunden? All das hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des Materials, das auf diese Weise entsteht.“

So sind Materialien, bei denen es viele molekulare Bindungen auf engem Raum gibt, oft besonders hart und fest, allerdings auch eher spröde. Ein Material hingegen, das aus langen Ketten besteht, die ziehharmonika-artig zusammengefaltet sind, lässt sich gut dehnen und stauchen. Es wird also eher elastisch und formbar sein.

„Optimal ist es natürlich, wenn man im 3D-Drucker ein Objekt herstellen kann, das an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Materialeigenschaften hat – ganz so, wie man es eben gerade benötigt“, sagt Katharina Ehrmann. Es gab bereits Versuche, das durch die Kombination unterschiedlicher molekularer Bausteine zu erreichen.

Doch Ehrmanns Ansatz ist ein anderer: Sie kann die Art, wie sich die Bausteine zu großen Molekülen zusammenfügen, gezielt steuern – etwa über die Helligkeit oder die Wellenlänge des verwendeten Lichts, oder über die Temperatur. So entstehen aus denselben Bausteinen durch unterschiedliche chemische Reaktionen ganz unterschiedliche Materialien.

„Kleine Unterschiede in den Umgebungsbedingungen können schon dazu führen, dass sich auf molekularer Ebene ganz unterschiedliche Strukturen ausbilden“, erklärt Katharina Ehrmann. „In diesem Bereich gibt es noch riesengroße ungenutzte Potenziale.“ In Zukunft wird man beim 3D-Druck nicht nur beliebige Formen erzeugen können, sondern Punkt für Punkt aus unterschiedlichen Materialeigenschaften auswählen können. Der 3D-Drucker wird zum Materiallabor.

Katharina Ehrmann

Katharina Ehrmann studierte Chemie an der Universität Innsbruck und der Universität Edinburgh (UK). Ihre Dissertation führte sie dann an die TU Wien, im Team von Prof. Robert Liska, wo sie in enger Zusammenarbeit mit der Medizinischen Universität Wien an der Herstellung von biokompatiblen Materialien forschte. Danach ging sie als Postdoc an die Queensland University of Technology in Australien. Ende 2022 schließlich kehrte sie an die TU Wien zurück, um ihre eigene Forschungsgruppe für Additive Manufacturing aufzubauen.

Am Mittwoch, dem 4. Dezember 2024 wurde Katharina Ehrmann nun vom Rektorat der TU Wien mit dem Dr. Ernst Fehrer-Preis ausgezeichnet. Dieser Preis wurde von Dr. Rosemarie Fehrer gestiftet, der Witwe des Erfinders und Industriellen Dr. Ernst Fehrer. Der Preis wird jährlich für besondere technische Forschungsleistungen mit praktischer Anwendbarkeit vergeben.

Rückfragehinweis

Dr. Katharina Ehrmann
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