Neues Verfahren zur Herstellung von QR-Codes
QR-Codes mit Formgedächtnis-Eigenschaften sind für die Etikettentechnologie effektiv, beispielsweise um plagiatsgefährdete Waren zu kennzeichnen.
Ein neues Verfahren zur Additiven Fertigung von QR-Codes mit Formgedächtnis-Eigenschaften wurde am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam entwickelt. Es basiert auf dem 3D-Druck von Formgedächtnis-Polymeren. Auch sehr flache und leichte QR-Codes können hergestellt werden. Das macht sie als Etikettentechnologie interessant, zum Beispiel zum Schutz vor Produktpiraterie. Die High-Tech-Polymere können mit handelsüblichen 3D-Druckern verarbeitet werden.
Können Formgedächtnispolymere gedruckt werden?
„In der Vergangenheit erwies sich die Herstellung von Informationsträgern wie QR-Codes auf Basis von Formgedächtnis-Polymeren als komplex und arbeitsintensiv“, erklärt Dr. Thorsten Pretsch, Leiter der Arbeitsgruppe Formgedächtnispolymere am Fraunhofer IAP. „Wir drucken die QR-Codes daher in 3D mit einem thermoplastischen Polyurethan, kurz TPU. Dieser Kunststoff gehört zu den am intensivsten untersuchten Formgedächtnis-Polymeren. Allerdings gibt es nur wenige Untersuchungen zur Verarbeitung in der Additiven Fertigung mittels Schmelzschichtung. Wir haben daher sowohl das Filament hergestellt als auch den Druckprozess optimiert“, so Pretsch.
Schmelzschichtung nennt sich das 3D-Druckverfahren, das das Forscherteam eingesetzt hat. Dabei werden zwei Filamente aus dem intelligenten Kunststoff in einem Dual-Extruder-3D-Drucker aufgeschmolzen, durch feine Düsen gedrückt und das gewünschte Objekt, hier der QR-Code, schichtweise aufgebaut. Die erforderlichen Filamente stellten die Wissenschaftler des Fraunhofer IAP aus „reinem“ TPU beziehungsweise aus einem mit Pigmentfarbstoff eingefärbten TPU im Extrusionsverfahren her. Das eingesetzte thermoplastische Polyurethan wurde von der Firma Covestro Deutschland AG zur Verfügung gestellt.
Wie wird das Formgedächtnis eingebracht?
In Versuchsreihen wurde ein gedruckter QR-Code auf 60 Grad erwärmt und auf verschiedene Arten verformt. In dem daraus resultierenden Zustand wurde der QR-Code auf –15 Grad abgekühlt und anschließend entlastet, erklären die Wissenschaftler. Der verformte Zustand ist dann so lange bei Raumtemperatur stabil, bis der QR-Code erneut auf 60 Grad erwärmt wird. Dabei kommt es zum Auslösen des Formgedächtnis-Effektes und der Code kehrt nahezu vollständig in die ursprüngliche Form zurück. Die Schalttemperatur des Polymers kann vorteilhafterweise – je nach Anwendung – spezifisch in einem breiten Temperaturbereich eingestellt werden.
Formgedächtnis-Eigenschaften auf dem Prüfstand
Wie gut die QR-Codes nach dem Auslösen des Formgedächtnis-Effektes ihre ursprüngliche Form wieder annahmen, analysierte das Forscher-Team des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern im Rahmen des Fraunhofer Clusters „Programmierbare Materialien“. Sie verglichen die Druckqualität mit den ursprünglich digital generierten QR-Codes und werteten die am Fraunhofer IAP aufgenommenen Oberflächenprofile der Codeträger mathematisch aus.
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