Origami-Kranich für komplexe 3D-Strukturen in Medizin und Technik
Die Schwierigkeit lag zunächst im Finden der geeigneten Tinte, aus welcher die zu faltende Origami-Grundform gedruckt wird: "Die meisten unserer Tinten basieren auf wässrigen Mischungen, also trocknen sie schnell, werden sehr steif und können beim Falten brechen", erklärt Jennifer Lewis, Professorin für Materialforschung an der University of Illinois. Die "Tinten" der Materialforscher enthalten metallische oder keramische Teilchen, welche nach einem finalen Aushärten die Form aufrecht erhalten. Um die gedruckten Flächen biegsam genug für das Falten und gleichzeitig fest genug zu halten, um nicht einzufallen, orientierten sich die Forscher um Lewis am so genannten Wetfolding-Origami. Dabei benetzen Origami-Falter ihr Papier zeitweise mit Wasser oder Kleister, um besser die gewünschte Form zu erreichen. Lewis' Team mischte also schnell und langsam trocknende Lösungsmittel in ihre Tinte, so dass das Grundblatt teilweise trocknet, aber doch mehrere Faltschritte übersteht. Der Kranich aus Titanhydrid benötigte 15 Faltschritte. Ein weiteres Problem löste das Team mithilfe des Kollegen David Dunand von der Northwestern University, der bereits mit Titanhydrid-Tinten experimentiert hatte - die druckbare Mischung soll zu metallischem Titan aushärten, ohne Verunreinigungen etwa durch das Lösungsmittel.
Ganz neue Möglichkeiten bietet die Methode, so Lewis, und verweist auf die überhängenden dünnen Flügel des Kranichs: "Man kann sehr schnell sehr komplexe Strukturen herstellen, die durch herkömmliche Fabrikationstechniken einfach nicht zu machen sind". Obendrein ließen sich unterschiedlichste flache Grundformen drucken, die ganz neue gefaltete Strukturen möglich machen. Nun will das Team sein Spektrum an Tinten erweitern, so Dunand, auf weitere Keramiken und Metalle: von Stählen zu Kobalt- und Nickel-basierten Legierungen, Edelmetallen und besonders robusten Refraktärmetallen. Auch verfolgt es die Idee deutlich größerer sowie kleinerer Formen und mögliche Anwendungen in der Biomedizin, Sensorik oder auch in leichtgewichtigen technischen Konstruktionen.