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.



  • Eplan feiert 40-jähriges Firmenjubiläum

    Eplan feiert 40-jähriges Firmenjubiläum

    1984 wurde das Elektro-Engineering aus der Taufe gehoben und damit auch die Software, die dem Unternehmen Eplan seinen Namen gab. Das 40-jährige Bestehen wurde nun mit einer Veranstaltung im Nationalen…

    mehr lesen: Eplan feiert 40-jähriges Firmenjubiläum

  • Inneo und Klietsch gehen Partnerschaft ein

    Inneo und Klietsch gehen Partnerschaft ein

    Nach mehreren Jahrzehnten der Zusammenarbeit gehen Inneo und die Ingenieurgemeinschaft Klietsch eine strategische Partnerschaft ein.

    mehr lesen: Inneo und Klietsch gehen Partnerschaft ein

  • Fachpack nimmt die EU-Verpackungsverordnung in den Fokus

    Fachpack nimmt die EU-Verpackungsverordnung in den Fokus

    Wenn die Fachpack vom 24. bis 26. September im Messezentrum Nürnberg stattfindet, gibt die Fachmesse Einblicke in alle relevanten Themen der Verpackungswirtschaft.

    mehr lesen: Fachpack nimmt die EU-Verpackungsverordnung in den Fokus

  • Maschinen- und Anlagenbau mit deutlichen Ordereinbußen

    Maschinen- und Anlagenbau mit deutlichen Ordereinbußen

    Im Mai lagen die Bestellungen im Maschinenbau um real 27 Prozent unter ihrem Vorjahreswert. Ein großer Teil des Rückgangs führt der VDMA auf einen Basiseffekt zurück, sieht aber im Ergebnis…

    mehr lesen: Maschinen- und Anlagenbau mit deutlichen Ordereinbußen

  • Wie KI die Datensicherheit verbessert

    Wie KI die Datensicherheit verbessert

    Künstliche Intelligenz kann große Datenmengen schnell und präzise analysieren, um Muster und Anomalien zu erkennen. Das ist auch im Security-Bereich hilfreich. Forcepoint, ein Spezialist für IT-Sicherheit, nennt einige Beispiele, wie…

    mehr lesen: Wie KI die Datensicherheit verbessert

  • Mit KI Produktions- und Lieferketten optimieren

    Mit KI Produktions- und Lieferketten optimieren

    Im Forschungsprojekt VaStNet (Value Stream Optimization Networks) untersuchen SimPlan, Sieben Consulting-Training-System und die Hochschule RheinMain (HSRM), wie Planerinnen und Planer zukünftig KI-gestützt korrekte Wertströme mittels neuronaler Netze einfacher modellieren und…

    mehr lesen: Mit KI Produktions- und Lieferketten optimieren

  • Remira ernennt Ralph Hartwig zum Finanzchef

    Remira ernennt Ralph Hartwig zum Finanzchef

    Ralph Hartwig ist neuer CFO beim Softwareanbieter Remira. Das Führungsspitze des Unternehmens ist somit wieder komplett.

    mehr lesen: Remira ernennt Ralph Hartwig zum Finanzchef

  • Was macht eigentlich ein Softwaretester?

    Was macht eigentlich ein Softwaretester?

    Wenn ein Computer-Programm einen Fehlercode anzeigt oder gar nichts mehr geht, ist der Ärger groß. Um solche Probleme im Vorfeld zu erkennen und zu vermeiden, gibt Tester. Im Interview erklärt…

    mehr lesen: Was macht eigentlich ein Softwaretester?

  • Edag eröffnet Simulationszentrum

    Edag eröffnet Simulationszentrum

    Im Zero Prototype Lab der Edag Group in Wolfsburg können Kunden ihre Entwicklungen anhand von Simulatoren testen.

    mehr lesen: Edag eröffnet Simulationszentrum

  • Florian Jurecka leitet Vertrieb und Marketing bei Aucotec

    Florian Jurecka leitet Vertrieb und Marketing bei Aucotec

    Aucotec verstärkt die Führungsebene und bündelt damit seine Marketing- und Vertriebsaktivitäten. Diese verantwortet künftig Florian Jurecka.

    mehr lesen: Florian Jurecka leitet Vertrieb und Marketing bei Aucotec

  • Ein Upgrade für den Teilchenbeschleuniger

    Ein Upgrade für den Teilchenbeschleuniger

    Dem größten Teilchenbeschleuniger der Welt steht ein Upgrade bevor. Denn zukünftig sollen weit größere Datenmengen als bisher ausgetauscht werden – und das auch schneller. Nokia ist Teil eines Forschungsprojekts, das…

    mehr lesen: Ein Upgrade für den Teilchenbeschleuniger

  • Unternehmen erwarten Kostenvorteile durch Energieflexibilisierung

    Unternehmen erwarten Kostenvorteile durch Energieflexibilisierung

    Erstmals seit der Energiekrise verzeichnet der Energieeffizienz-Index der deutschen Industrie mit allen drei Teilindizes (die Bedeutung, Produktivität und Investitionen betreffend) einen leichten Rückgang. Mögliche Gründe erkennt EEP-Institutsleiter Professor Alexander Sauer…

    mehr lesen: Unternehmen erwarten Kostenvorteile durch Energieflexibilisierung