Wissenschaftler 3D-drucken biologisch abbaubare Lederprodukte aus Seide

Ein Team von Forschern der Tufts University hat ein lederähnliches 3D-Druckmaterial aus Seide entwickelt.

Das Material stammt nicht nur aus einer nachhaltigen Quelle, sondern ist auch vollständig recycelbar und biologisch abbaubar. Die mechanischen Eigenschaften sind mit denen von echtem Leder vergleichbar. Die Wissenschaftler demonstrierten ihre Entwicklung mit dem 3D-Druck einer Geldbörse.

Leder ist ein haltbares und flexibles Material. Aus diesem Grund wird es in der Modeindustrie und in vielen anderen Bereichen gerne eingesetzt. Leder hat jedoch auch Nachteile. So ist es nicht nur für viele Menschen eine ethische Frage, ob man Leder verwenden kann, sondern die Industrie ist auch schlecht für die Umwelt. So wird mit der Rinderzucht viel Land beansprucht sowie auch Wasser verbraucht und Methan ausgestoßen. Auch die Lederverarbeitung beansprucht viele Chemikalien.

Seide als Leder-Alternative

Aus diesem Grund suchen viele Produzenten eine brauchbare Alternative zu Leder. Das Team von Tuft greift hier auf Seide zurück. Zwar ist Seide an sich nicht mit Leder vergleichbar, aber die Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, Seide so zu verarbeiten, dass sie stärker und widerstandsfähiger wird.

Sie entwickelten einen pneumatischen Extrusions-3D-Drucker, der aus einem 3-Achsen-CNC-Portal, einem 1m x 1m großen Druckbett und einem Nordson EFD ValveMate Dosierventil-Controller besteht.

Bei der Herstellung des Materials werden Seidenfasern aus Seidenraupenkokons zu einer schlammartigen Mischung verarbeitet. Die in ihre Grundproteinkomponenten aufgespaltenen Fasern wurden dann mit einem Weichmacher und einem pflanzlichen Gummiverdicker gemischt, wodurch das resultierende Material seine Extrudierbarkeit erhielt. Um dem Material zusätzliche Festigkeit zu verleihen, integrierten die Wissenschaftler außerdem eine Basisschicht aus Chitosan, ein Material, welches den Exoskeletten der Schalentiere ihre Härte verleiht. Der komplette Prozess benötigt nur milde Chemikalien und kann in einer Standard-Laborumgebung durchgeführt werden.

Laut der Studie kann das fertige lederähnliche Material in fast jede beliebige Geometrie 3D-gedruckt werden, wobei die Strukturgrößen von 0,25 mm bis 5 mm reichen. Das Material kann sogar in unterschiedlichen Flexibilitäten verarbeitet werden. Die Mischung lässt sich auch recyceln und wiederverwenden.

Weitere Details der Studie finden Sie in dem Paper “Additively manufactured leather-like silk protein materials“. Sie wurde von Fiorenzo Omenetto et al. verfasst.