3D-Druck von großen Bauteilen aus neu entwickeltem Zellulose-Typ

Zellulose ist die am häufigsten vorkommende organische Verbindung auf der Erde, und die Forscher haben an Möglichkeiten gearbeitet, sie in 3D zu drucken und die Vorteile ihrer Verfügbarkeit zu nutzen. Es gibt jedoch noch viele Probleme, die die praktische Anwendung von 3D gedruckter Zellulose einschränken, darunter mangelnde Skalierbarkeit, hohe Produktionskosten und Derivate, die in Kombination mit Kunststoffen zu Verschmutzungen führen. Doch kürzlich haben Forscher der Singapore University of Technology and Design (SUTD) einen nachhaltigen Weg entwickelt, um nicht nur 3D-Druck mit Zellulose, sondern auch große Objekte damit zu bedrucken.

Zellulose bildet die starren Wände grüner Pflanzen, aber die SUTD-Forscher haben sich von den Wänden pilzartiger Oomyzeten inspirieren lassen, die sich durch das Einbringen kleiner Mengen Chitin zwischen Zellulosefasern vermehren. Die dabei entstehenden pilzartigen Klebstoffe (FLAM) sind stark, kostengünstig und leicht und können in der Holzbearbeitung verarbeitet werden.

Das neue Material

Bei der Herstellung des Materials werden keine organischen Lösungsmittel oder synthetische Kunststoffe verwendet, so dass es völlig umweltfreundlich ist. Das skalierbare, reproduzierbare Material ist auch in Kompostieranlagen im Freien und unter anderen natürlichen Bedingungen biologisch abbaubar. Es ist auch erschwinglich – FLAM ist etwa so teuer wie herkömmliche Kunststoffe und 10-mal billiger als herkömmliche Kunststoff-Filamente wie ABS und PLA. Darüber hinaus haben die Forscher ein additives Herstellungsverfahren entwickelt, das speziell für FLAM entwickelt wurde.

“Wir glauben, dass dieser erste großtechnische Herstellungsprozess mit den allgegenwärtigsten biologischen Polymeren auf der Erde der Katalysator für den Übergang zu umweltfreundlichen und kreisförmigen Fertigungsmodellen sein wird, in denen Materialien in geschlossenen regionalen Systemen hergestellt, verwendet und abgebaut werden”, sagte SUTD Assistant Professor Javier Gomez Fernandez, Co-Leiter des Projekts. “Diese Reproduktion und Herstellung mit der in der Oomycetenwand gefundenen Materialzusammensetzung, nämlich unmodifizierte Zellulose, geringe Mengen an Chitosan – dem zweithäufigsten organischen Molekül der Erde – und niedrig konzentrierte Essigsäure, ist wohl eine der erfolgreichsten technologischen Errungenschaften auf dem Gebiet der bioinspirierten Materialien”.

Die Studie wurde in einem Beitrag mit dem Titel “Large-scale additive manufacturing with bioinspired cellulosic materials” veröffentlicht, den Sie hier einsehen können.

“Wir glauben, dass die hier berichteten Ergebnisse einen Wendepunkt für die globale Fertigung darstellen, der sich auf verschiedene Bereiche wie Materialwissenschaft, Umwelttechnik, Automatisierung und Wirtschaft auswirkt”, sagte Assistant Professor und Projektleiter Stylianos Dritsas. “Bisher haben wir uns auf die grundlegende Technologieentwicklung konzentriert und wenig Zeit in konkrete Zielanwendungen investiert. Wir sind jetzt auf der Suche nach industriellen Mitarbeitern, um diese Technologie aus dem Labor in die Welt zu bringen.”

Der Vorteil für die Umwelt

Die SUTD-Forscher entwickeln FLAM als Antwort auf den wachsenden Bedarf an nachhaltigeren Produktionsmaterialien, und es ist ein vielversprechendes Material, das keine Waldressourcen oder Anbauflächen benötigt. Das 3D-Drucken, wie auch die gesamte Fertigung, benötigt dringend umweltfreundlichere 3D-Druckmaterialien, und das SUTD-Team glaubt, dass FLAM die Antwort sein könnte. Besonders ermutigend ist die Tatsache, dass sich das starke, leichte Material so gut für den 3D-Druck großer Strukturen eignet.