Additive Fertigung Lichtbasierter 3D-Druck: Polymer lässt sich in Einzelteile zerlegen

Anbieter zum Thema

Universität Heidelberg

Metrofunk Kabel-Union GmbH

Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Bechtle PLM Deutschland GmbH

Ein Heidelberger Forschungsteam hat ein polymerbasiertes Material entwickelt, das sich in seine Einzelteile zerlegen und wiederverwenden lässt. Gedruckte Material können damit zurückgewonnen und in einem zirkulären Fertigungsprozess wiederverwendet werden.

Polymere, die für den lichtbasierten 3D-Druck verwendet werden, sind aufgrund ihres chemischen Aufbaus zwar sehr stabil, können aber kaum recycelt werden. Sie kommen etwa in der personalisierten Medizin oder in der Softrobotik zum Einsatz. Grundlage dafür sind flüssige „Tinten“, die unter Einwirkung von Licht zu festen, dreidimensionalen Strukturen aushärten. Sie bestehen meist aus sogenannten Duroplasten, deren Grundbausteine dauerhaft und unlösbar zu einem permanenten Netzwerk verknüpft sind. Dadurch werden die Materialien sehr stabil, sind aber praktisch nicht wiederverwertbar und könnten, so die Wissenschaftler, zu einer Quelle stetiger Abfallströme werden.

Buchtipp: Additive Fertigung

Das Buch "Additive Fertigung" beschreibt Grundlagen und praxisorientierte Methoden für den Einsatz der additiven Fertigung in der Industrie und unterstützt Konstrukteure und Entwickler dabei, additive Verfahren erfolgreich in ihren Unternehmen zu implementieren. 


 

Mehr erfahren bei Vogel Fachbuch

Polymer reagiert auf chemisches Signal

Um den lichtbasierten 3D-Druck nachhaltiger zu gestalten, hat ein Forschungsteam der Universität Heidelberg unter Leitung von Prof. Dr. Eva Blasco, Wissenschaftlerin am Institute for Molecular Systems Engineering and Advanced Materials (IMSEAM) der Universität Heidelberg, ein sogenanntes metastabiles Material entworfen, das ohne Einbußen bei Präzision, Qualität und mechanischer Stabilität wieder in seine Einzelteile zerlegt werden kann.
Als Grundlage nutzten die Wissenschaftler ein besonderes Polymer, das auf ein chemisches Signal reagiert. „Die lange Molekülkette wird nur durch eine einzige Sollbruchstelle zusammengehalten. Sobald ein spezifischer chemischer Trigger diese Stelle öffnet, zerfällt die gesamte Kette innerhalb von Sekunden bei Raumtemperatur wie eine Reihe Dominosteine in ihre Bestandteile“, erläutert Johannes Markhart, der als Doktorand im Team von Eva Blasco forscht. Die Sollbruchstelle funktioniert dabei wie ein Schloss, das sich nur mit dem passenden Schlüssel öffnet.

Bei der Wiederverwendung wies das Material dieselben Eigenschaften auf wie im ersten Druckvorgang.

Dr. Philipp Mainik

Material lässt sich vollständig und rückstandsfrei in seine Einzelteile zerlegen

In seinen Untersuchungen konnte das Forschungsteam mit dem neuartigen metastabilen Material verschiedene komplexe dreidimensionale Strukturen mit Detailgrößen im Mikrometerbereich fertigen und so seine Eignung als hochauflösende „Tinte“ demonstrieren. „Es verbindet eine hohe Druckqualität mit einer Eigenschaft, die bei polymerbasierten Materialien für den 3D-Druck bislang kaum vorhanden war: es lässt sich vollständig und rückstandsfrei in seine Einzelteile zerlegen“, so Johannes Markhart. Diese Bausteine konnten die Wissenschaftler anschließend isolieren und wieder in ein Polymer umwandeln. Spektroskopische Analysen bestätigten, dass die chemische Zusammensetzung des recycelten Polymers auf molekularer Ebene identisch mit der des Ausgangsmaterials ist. „Bei der Wiederverwendung wies das Material dieselben Eigenschaften auf wie im ersten Druckvorgang“, sagt Dr. Philipp Mainik, der als Doktorand an den Arbeiten beteiligt war.
„Unser Ansatz zeigt, dass sich Stabilität und Wiederverwertbarkeit nicht ausschließen müssen. Wir hoffen, dass er den Weg für echte chemische Zirkularität ebnen und damit zu nachhaltigeren Fertigungsprozessen beitragen kann“, betont Prof. Blasco, die mit ihrer Gruppe am IMSEAM und am Organisch-Chemischen Institut der Universität Heidelberg an der Schnittstelle von makromolekularer Chemie, Materialwissenschaften und additiver Fertigung forscht.