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.



  • BSI schult Dienstleister für den CyberRisikoCheck

    BSI schult Dienstleister für den CyberRisikoCheck

    Um kleine und mittlere Unternehmen (KMU) beim Thema Cybersicherheit zu unterstützen, hat das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) gemeinsam mit Partnern den CyberRisikoCheck entwickelt. Er bietet KMU eine…

    mehr lesen: BSI schult Dienstleister für den CyberRisikoCheck

  • Logimat mit Besucherwachstum

    Logimat mit Besucherwachstum

    Die Logimat 2024 ist vorüber und laut Veranstalter Euroexpo kamen mehr Besucher und mehr Aussteller – hier etwa jeder Dritte aus dem Ausland – nach Stuttgart.

    mehr lesen: Logimat mit Besucherwachstum

  • Copa-Data Deutschland wird 25

    Copa-Data Deutschland wird 25

    2024 wird für Copa-Data Deutschland zum Jubiläumsjahr: Seit 1999 ist die Tochter des österreichischen Softwareanbieters in der Bundesrepublik aktiv.

    mehr lesen: Copa-Data Deutschland wird 25

  • Anzeige
    Zukunft Anlagenbau: Kollaboration in digitalen Workflows

    Zukunft Anlagenbau: Kollaboration in digitalen Workflows

    Im Zuge der digitalen Transformation sehen sich Planer, Anlagenbauer und Betreiber im Steuerungs- und Schaltanlagenbau mit der Herausforderung konfrontiert, die Kollaboration innerhalb digitaler Workflows neu zu definieren.

    mehr lesen: Zukunft Anlagenbau: Kollaboration in digitalen Workflows

  • Ifo Geschäftsklimaindex steigt

    Ifo Geschäftsklimaindex steigt

    Ist das der Silberstreif am Horizont? Zumindest hellt sich die Stimmung der Wirtschaft im aktuellen Ifo Geschäftsklimaindex auf. Der Indexwert steigt um 2 Punkte.

    mehr lesen: Ifo Geschäftsklimaindex steigt

  • KI-gestützte Verfahren verbessern Molekülforschung

    KI-gestützte Verfahren verbessern Molekülforschung

    Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS startet gemeinsam mit der Universität Augsburg im Rahmen des Munich-Quantum-Valleys das Projekt KID-QC^2. Ziel ist es, durch die Erforschung von Methoden der künstlichen Intelligenz…

    mehr lesen: KI-gestützte Verfahren verbessern Molekülforschung

  • Microsoft macht NRW zur KI-Region

    Microsoft macht NRW zur KI-Region

    Als Teil seines milliardenschweren Investitionspakets will Microsoft im Rheinischen Revier Rechenzentren errichten und mit einer KI-Qualifizierungsoffensive rund 100.000 Menschen in NRW erreichen.

    mehr lesen: Microsoft macht NRW zur KI-Region

  • Die Digitalisierung schreitet voran, vor allem in China

    Die Digitalisierung schreitet voran, vor allem in China

    Das Industrie 4.0 Barometer 2024 von MHP und der LMU München zeigt die deutliche Unterschiede zwischen China und dem Rest der Welt auf. Besonders beim Einsatz von KI haben chinesische…

    mehr lesen: Die Digitalisierung schreitet voran, vor allem in China

  • USA hinsichtlich KI in Front, Deutschland auf Rang 2

    USA hinsichtlich KI in Front, Deutschland auf Rang 2

    Zwar verzeichnet das Deutsche Patent- und Markenamt deutlich mehr Patentanmeldungen im KI-Bereich als noch vor 5 Jahren. Im Ländervergleich liegt Deutschland hier jedoch hinter den Vereinigten Staaten auf dem 2.…

    mehr lesen: USA hinsichtlich KI in Front, Deutschland auf Rang 2

  • Automatisierungsbranche investiert weiter in Europa

    Automatisierungsbranche investiert weiter in Europa

    Laut einer aktuellen Horvath-Studie unter Automatisierungsunternehmen mit mindestens 100 Millionen Euro Jahresumsatz aus Deutschland, Europa und Nordamerika konzentrieren sich die Investitionen der Branche auf neue Produkktionsanlagen in der Nähe des…

    mehr lesen: Automatisierungsbranche investiert weiter in Europa

  • IÖW empfiehlt Gründung einer CDR-Allianz

    IÖW empfiehlt Gründung einer CDR-Allianz

    Unternehmen müssen im Zuge der Digitalisierung auch ethische, soziale und ökologische Auswirkungen berücksichtigen und managen. Hier rät das Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) zur Gründung einer Allianz aus Politik, Verbänden…

    mehr lesen: IÖW empfiehlt Gründung einer CDR-Allianz

  • Forscherinnen bringen Pilze zum Klingen

    Forscherinnen bringen Pilze zum Klingen

    Ein Team des Fraunhofer IWU will Pilzmyzel als Werkstoff für Transmissionline-Lautsprecher nutzbar machen. Das Material soll zunächst per 3D-Druck verarbeitet und dann im Wachstum beeinflusst werden. Erste Ergebnisse erscheinen vielversprechend.

    mehr lesen: Forscherinnen bringen Pilze zum Klingen