Faszination Technik Recycelbare Tinte für den 3D-Druck

Anbieter zum Thema

Helmholtz-Zentrum Hereon

Franke GmbH

Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Bechtle PLM Deutschland GmbH

In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: eine vollständig recycelbare Tinte für den 3D-Druck, die aus dem industriellen Nebenprodukt Lignin besteht.

Mit Additiven Fertigungsverfahren (AM) lassen sich Objekte mit unterschiedlichen Eigenschaften herstellen, um ein digitales Modell physisch zu produzieren. Die Verfahren werden für Produktprototypen sowie Bauteile für Fahrzeuge, Konsumgüter und medizintechnische Anwendungen genutzt. Eine besonders effektive AM-Technik ist das sogenannte Direct Ink Writing (DIW), bei dem Objekte bei Raumtemperatur mit speziell formulierten Tinten gedruckt werden können.
Die meisten dieser Tinten basieren auf fossilen Polymeren – Materialien, die oft weder recycelbar noch biologisch abbaubar sind. Tinten aus Lignin könnten eine nachhaltige Lösung darstellen. Allerdings erfordern sie meist hohe Temperaturen oder nicht umkehrbare chemische Prozesse, damit ein zuverlässiger 3D-Druck möglich ist. Dadurch lassen sich die gedruckten Objekte nicht wieder verwenden, wodurch sie wenig nachhaltig sind.
Das haben nun Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon geändert: Sie haben eine vollständig recycelbare Tinte für den 3D-Druck entwickelt. Etwa 70 Prozent der vom Hereon entwickelten Tinte bestehen aus Lignin, das bei der Papierherstellung anfällt oder direkt aus Biomasse gewonnen wird. Die Tinte, präsentiert im Fachjournal ACS Sustainable Chemistry & Engineering, könnte nicht recyclefähige fossile Materialien ersetzen. Zudem ermöglicht sie den Druck von Objekten mit hervorragender Auflösung, hoher Formstabilität bei Temperaturen von bis zu 200 °C sowie deren Recycling. Während des 3D-Drucks fließt die Tinte leicht durch die Düsen und gewinnt danach im Ruhezustand schnell wieder an Festigkeit. Im Gegensatz zu den anderen lignin-basierten Tinten härtet sie ohne chemische oder thermische Nachbehandlungen aus.

Wir wollten zeigen, dass auch Abfallmaterialien wie Lignin den technischen Anforderungen des modernen 3D-Drucks gerecht werden und zugleich die Nachhaltigkeit verbessern.

Dr. Maria Balk

Auf dem Weg zu nachhaltigem 3D-Druck

Das Team am Hereon-Institut für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit in Teltow ließ sich von der Idee leiten, dass nachhaltige Materialien kein Kompromiss sein müssen. „Wir wollten zeigen, dass auch Abfallmaterialien wie Lignin den technischen Anforderungen des modernen 3D-Drucks gerecht werden und zugleich die Nachhaltigkeit verbessern“, erklärt Dr. Maria Balk, eine der Hauptautorinnen der Studie. „Zu diesem Zweck haben wir ein industrielles Abfallprodukt in eine 3D-Drucktinte umgewandelt, die sich durch einfaches Zugeben von Wasser vollständig recyceln lässt.“
Prof. Francesca Toma, Leiterin des Hereon-Instituts für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit, hebt den übergeordneten Kontext hervor: „Industrielle Abfallströme sind eine bislang ungenutzte Möglichkeit. Lignin wird momentan kaum genutzt. Seine Umwandlung in ein vollständig recycelbares Material zeigt, wie Abfälle Innovationen in einer Industrie vorantreiben können, die dringend nachhaltige Lösungen braucht.“

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

Vollständige Recycelbarkeit für eine kreislauforientierte Fertigung

„Eine der spannendsten Erkenntnisse ist, dass die gedruckten Objekte mehrfach durch Zugabe von Wasser recycelt werden können, ohne an Leistungsfähigkeit zu verlieren“, erklärt Balk. „Dies ist in der additiven Fertigung bislang selten und eröffnet neue Perspektiven für eine kreislauforientierte Produktion. So lassen sich die CO₂-Emissionen deutlich reduzieren.“
Die aktuellen Forschungsergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten für den nachhaltigen 3D-Druck einer Vielzahl von Objekten - darunter maßgeschneiderte Produktprototypen und Komponenten für die unterschiedlichsten Technologien. Die recycelbare Tinte soll nun weiter optimiert und getestet werden, um eine Markteinführung zu ermöglichen. „Wir wollen den Prozess weiter skalieren und Anwendungsfelder untersuchen – besonders in Bereichen, in denen energiearme Verarbeitung und Recycelbarkeit bedeutsam sind“, sagt Maria Balk.