Groene inkt voor 3D prints in verfilmd artikel

Een samenwerkingsproject van de RUG, NHL Stenden hogeschool en enkele bedrijven leverde een groene inkt op voor een speciaal type 3D printer. Het wetenschappelijke artikel hierover verscheen begin dit jaar, maar is nu verfilmd voor het Journal of Visualized Experiments.

Het online tijdschrift JoVE streeft ernaar om experimenten te laten zien. In een gewoon artikel staat doorgaans wel hoe iets gedaan is, maar bewegende beelden hebben volgens JoVE een toegevoegde waarde: ze maken het voor de kijker eenvoudiger om de experimenten te herhalen. De afdeling polymeerchemie van de RUG liet het tijdschrift al eerder een artikel visualiseren.

Korte lijntjes

Het nieuwe artikel, dat op 13 september is gepubliceerd, gaat over de grondstof voor zogeheten stereolithografie 3D printers. Die werken niet met een filament, een kunststof draadje dat in de printkop smelt, maar met een vloeistof die uithardt door UV-laserlicht. Dit type 3D printer stamt uit de jaren 80. Maar terwijl ‘groene’, van hernieuwbare grondstoffen gemaakte filamenten ruimschoots verkrijgbaar zijn, waren er nog geen groene grondstoffen voor de stereolithografie printers.

Met steun van onder meer de provincie Friesland sloegen de RUG, NHL Stenden en twee bedrijven de handen ineen. ‘Bij polymeerchemie zijn we goed in het maken en bestuderen van het materiaal, op NHL Stenden hebben ze meer ervaring met het gebruik van plastics en de printers’, vertelt hoogleraar polymeerchemie Katja Loos.

Bij het lectoraat duurzame kunststoffen van NHL Stenden in Emmen werkt Vincent Voet als associate lector. Hij is een voormalig promovendus van Loos, dus de lijntjes waren kort. Voet legt uit wat er nodig is voor een nieuwe printervloeistof: ‘Wij maakten een acrylaat vloeistof. Je hebt dan oligomeren nodig, die een netwerk van ketens gaan vormen, monomeren die als verdunner dienen, maar ook een UV-lichtgevoelige initiator die de polymerisatie op gang brengt.

De kunst is om alle componenten in de juiste verhouding bij elkaar te brengen. De vloeistof mag niet te stroperig en niet te dun zijn en de polymerisatie moet een product opleveren dat sterk genoeg is. Voor het nieuwe project moesten zo veel mogelijk componenten gemaakt zijn van biologische grondstoffen.

Tandarts

Voet: ‘Dit soort vloeistoffen wordt al decennia gemaakt van fossiele olie. Wij gebruikten materialen gemaakt van plantaardige olie. Dat zijn andere verbindingen die een andere chemische structuur hebben.’ De aanpassingen leverden uiteindelijk een goed resultaat op, waarbij tussen 34 en 67 procent van de koolstofatomen van een biologische bron kwamen. Het streven is dat nog te verhogen, zegt Voet, ‘maar nog niet voor alle componenten is al een groen alternatief beschikbaar’. De onderzoekers gebruikten voor hun experimenten grondstoffen die commercieel verkrijgbaar zijn, maar zullen in een vervolgstudie ook in het laboratorium zelf nieuwe moleculen synthetiseren uit plantaardige reststromen.

De samenwerking met de hogeschool en bedrijven uit de plastic- en 3D printerindustrie was vruchtbaar, stelt Loos. ‘Er zijn nu twee promovendi die zowel bij NHL Stenden als de RUG werken op een vergelijkbaar project.’ ‘We vullen elkaar goed aan’, zegt Voet. ‘En de studie heeft al interessante reacties opgeleverd.’ Hij vertelt dat een Amerikaans bedrijf dat kleurstoffen maakt zich bij hem heeft gemeld, om te kijken of er ook kleurenprints met ‘groene grondstoffen’ zijn te maken. ‘En een Franse chocolatier nam contact op, net als een tandarts die zich afvroeg of je met onze printvloeistof gaatjes kon vullen.’

In het JoVE filmpje is te zien hoe de 3D printvloeistof wordt gemaakt. Daarna is er de toepassing in een 3D printer, waarvan vervolgens de structuur wordt onderzocht met elektronenmicroscopie. De onderzoekers zelf voeren de stappen uit en beschrijven wat ze doen. Zodat collega-onderzoekers, en wellicht ook liefhebbers van deze vorm van 3D printen, er ook zelf mee aan de slag kunnen.

Bij het onderzoek waren de bedrijven SymbioShape uit Leeuwarden en het Groningse KNN Bioplastic betrokken.

Zie ook de online publicatie van JoVE
Het oorspronkelijke artikel verscheen in februari 2018 in ACS Omega