Heidelberger Forschungsteam entwickelt wiederverwendbares polymerbasiertes Material

CL PoPA Outreach Figure SchemeTime lapse grau 1920 2 0
Bild: ©Forschungsgruppe Blasco

Polymere, die für den lichtbasierten 3D-Druck verwendet werden, sind aufgrund ihres chemischen Aufbaus zwar sehr stabil, können aber kaum recycelt werden. Hier setzt ein Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Eva Blasco, Wissenschaftlerin am Institute for Molecular Systems Engineering and Advanced Materials (IMSEAM) der Universität Heidelberg, an.

Die Forschenden erklären, dass in der additiven Fertigung hochpräzise lichtbasierte Ansätze wie die digitale Lichtprojektion die besten Ergebnisse für die Herstellung kleiner und komplexer Strukturen liefern. Diese 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. Das Team betont, dass die Materialien dadurch sehr stabil werden, aber praktisch nicht wiederverwertbar sind. Sie könnten, so die Wissenschaftler, zu einer Quelle stetiger Abfallströme werden.

Um den lichtbasierten 3D-Druck nachhaltiger zu gestalten, hat das Heidelberger Team ein sogenanntes metastabiles Material entworfen, das den Forschenden zufolge 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.

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 Markhart. Diese Bausteine konnten die Wissenschaftler anschließend isolieren und wieder in ein Polymer umwandeln. Wie weiter betont wird, bestätigen spektroskopische Analysen, 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. Eva Blasco,

Die Forschungsarbeiten waren eingebunden in das Exzellenzcluster ‚3D Matter Made to Order‘, das gemeinsam von der Universität Heidelberg und dem Karlsruher Institut für Technologie getragen wird. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft, die Carl-Zeiss-Stiftung und der Fonds der Chemischen Industrie haben die Arbeiten gefördert. Die Forschungsergebnisse sind in der Fachzeitschrift ‚Advanced Materials‘ erschienen.



  • Fehlerhaftes Update sorgt weltweit für Ausfälle

    Fehlerhaftes Update sorgt weltweit für Ausfälle

    Ein fehlerhaftes Update einer Sicherheitssoftware hatte am Freitag weltweit für IT-Ausfälle auf Windows-Systemen gesorgt. Aber auch Microsoft selbst meldete Probleme. Mittlerweile hat sich die Situation nach Angaben des BSI wieder…

    mehr lesen: Fehlerhaftes Update sorgt weltweit für Ausfälle

  • Geschäftsklima in der Chemischen Industrie verschlechtert sich

    Geschäftsklima in der Chemischen Industrie verschlechtert sich

    Zuletzt stieg der Ifo-Index der Chemischen Industrie vier Mal in Folge. Im Juni hat sich die Stimmung jedoch wieder verschlechtert.

    mehr lesen: Geschäftsklima in der Chemischen Industrie verschlechtert sich

  • Siemens simuliert Akustik des Großen Festspielhauses in Salzburg

    Siemens simuliert Akustik des Großen Festspielhauses in Salzburg

    Neben der Industrie kann auch die Kultur- und Kreativbranche vom digitalen Zwilling profitieren. Wie? Das zeigt Siemens am Beispiel des Großen Festspielhauses in Salzburg.

    mehr lesen: Siemens simuliert Akustik des Großen Festspielhauses in Salzburg

  • Fraunhofer-Forscher machen altes Schmiedeverfahren fit für die Zukunft

    Fraunhofer-Forscher machen altes Schmiedeverfahren fit für die Zukunft

    Das Gesenkschmieden ist ein traditionsreiches Fertigungsverfahren zur Herstellung von Metallteilen mit komplexen Formen. Sollen große Metallteile hergestellt werden, sind robuste und schwere Gesenke erforderlich. Deren Wechsel dauert oft mehrere Stunden…

    mehr lesen: Fraunhofer-Forscher machen altes Schmiedeverfahren fit für die Zukunft

  • Joachim Herz Stiftung investiert in Weidmüller

    Joachim Herz Stiftung investiert in Weidmüller

    Weidmüller hat bekannt gegeben, dass sich die Hamburger Joachim Herz Stiftung im Rahmen einer Kapitalerhöhung an dem Unternehmen beteiligt.

    mehr lesen: Joachim Herz Stiftung investiert in Weidmüller

  • Wenige Fertiger haben strenge DMARC-Richtlinien

    Wenige Fertiger haben strenge DMARC-Richtlinien

    Trotz zunehmender Cyberangriffe haben Fertigungsunternehmen laut einer Studie von EasyDMARC Defizite beim Schutz gegen Phishing- und Spoofing-Angriffe.

    mehr lesen: Wenige Fertiger haben strenge DMARC-Richtlinien

  • Unternehmen können KI-Erwartungen des Managements nicht erfüllen

    Unternehmen können KI-Erwartungen des Managements nicht erfüllen

    Deutsche Führungskräfte wollen dem Hype um künstliche Intelligenz (KI) folgen, so das Ergebnis einer Studie von IFS. Die Unternehmen sind jedoch noch nicht in der Lage, die Erwartungen an die…

    mehr lesen: Unternehmen können KI-Erwartungen des Managements nicht erfüllen

  • Trumpf und SiMa.ai statten Lasersysteme mit KI-Chips aus

    Trumpf und SiMa.ai statten Lasersysteme mit KI-Chips aus

    Die Unternehmen Trumpf und SiMa.ai entwickeln KI-Chips und Software zur Verbesserung von Schweiß-, Schneid- und Markierprozessen. Die Technologie soll für effizientere Laseranwendungen sorgen.

    mehr lesen: Trumpf und SiMa.ai statten Lasersysteme mit KI-Chips aus

  • Werkzeugbahnen im virtuellen Raum planen und skizzieren

    Werkzeugbahnen im virtuellen Raum planen und skizzieren

    Werkzeugbahnen für Zerspanprozesse in CAM-Systemen zu planen erfordert Expertenwissen. Viele Parameter müssen bestimmt und geprüft werden, um die Bahnplanung Schritt für Schritt zu optimieren. Im Projekt CAMStylus arbeiten die Beteiligten…

    mehr lesen: Werkzeugbahnen im virtuellen Raum planen und skizzieren

  • Automatisierungstreff wieder erfolgreich

    Automatisierungstreff wieder erfolgreich

    Die Agentur Strobl als Veranstalter des Automatisierungstreffs hat für die diesjährige Ausgabe im April ein positives Fazit gezogen.

    mehr lesen: Automatisierungstreff wieder erfolgreich

  • TXOne ernennt neuen CRO

    TXOne ernennt neuen CRO

    Stephen Driggers, zuletzt CRO bei Nozomi Networks, heuert bei TXOne Networks an und übernimmt dort ebenfalls die Position des Chief Revenue Officers.

    mehr lesen: TXOne ernennt neuen CRO

  • VDI-Kongress diskutiert Zukunftstrends der Industrie

    VDI-Kongress diskutiert Zukunftstrends der Industrie

    Auf dem 25. VDI-Kongress Automation haben die mehr als 350 Teilnehmenden unter dem Motto ’AI beats Automation?‘ über Zukunftstrends diskutiert.

    mehr lesen: VDI-Kongress diskutiert Zukunftstrends der Industrie