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.



  • Siemens startet mit Umsatz- und Auftragsplus in 2022

    Siemens startet mit Umsatz- und Auftragsplus in 2022

    Das erste Quartal des aktuellen Geschäftsjahres hat Siemens mit einem Umsatzplus von 9 Prozent abgeschlossen und auch die Aufträge entwickelten sich positiv. Die aktuelle Prognose für das Geschäftsjahr bleibt zunächst…

    mehr lesen: Siemens startet mit Umsatz- und Auftragsplus in 2022

  • Trend Micro meldet über 94 Milliarden Angriffe in 2021

    Trend Micro meldet über 94 Milliarden Angriffe in 2021

    Trend Micro meldet die Abwehr von 94,2Mrd. Cyberbedrohungen im Jahr 2021 durch den Einsatz seiner globalen Threat-Intelligence-Infrastruktur Smart Protection Network (SPN). Die Angriffe zielten auf Unternehmen, Behörden und Verbraucher ab.

    mehr lesen: Trend Micro meldet über 94 Milliarden Angriffe in 2021

  • Joachim Weber wird CTO bei Paessler

    Joachim Weber wird CTO bei Paessler

    Mit personellen Veränderungen geht der Monitoring-Spezialist Paessler in das neue Jahr und hat Joachim Weber zum Chief Technology Officer ernannt.

    mehr lesen: Joachim Weber wird CTO bei Paessler

  • Low Code-Plattform lässt SoftProject-Umsatz wachsen

    Low Code-Plattform lässt SoftProject-Umsatz wachsen

    Ein Umsatzplus von 7 Prozent hat das Softwareunternehmen SoftProject im vergangenen Jahr erzielt. Auch der Datenverkehr im eigenen Rechenzentrum nahm zu.

    mehr lesen: Low Code-Plattform lässt SoftProject-Umsatz wachsen

  • TransKI untersucht die Übertragbarkeit von KI-Modellen

    TransKI untersucht die Übertragbarkeit von KI-Modellen

    Im Forschungsprojekt TransKI arbeiten die Beteiligten daran. KI-Modelle für bestimmte Anwendungen auf ähnliche Anwendungen zu übertragen. Das sogenannte Transfer Learning soll Zerspanprozesse effizienter machen.

    mehr lesen: TransKI untersucht die Übertragbarkeit von KI-Modellen

  • Digitalisierte Produktion reduziert Emissionen nicht so stark wie erwartet

    Digitalisierte Produktion reduziert Emissionen nicht so stark wie erwartet

    Allgemein besteht die Annahme, dass digitale Technologien zu Energieeffizienzverbesserungen führen und dadurch CO2-Emissionen erheblich reduziert werden können. Eine Studie des ZEW in Mannheim deutet allerdings darauf hin, dass digitale Technologien…

    mehr lesen: Digitalisierte Produktion reduziert Emissionen nicht so stark wie erwartet

  • Maschinen- und Anlagenbauer mit Auftragsplus

    Maschinen- und Anlagenbauer mit Auftragsplus

    Ein Auftragsplus von 32 Prozent haben die Maschinen- und Anlagenbauer im vergangenen Jahr erzielt. Dabei legten die Bestellungen auch im Dezember zu — im Vorjahresvergleich um 21 Prozent.

    mehr lesen: Maschinen- und Anlagenbauer mit Auftragsplus

  • Dassault Systèmes erzielt Umsatzwachstum

    Dassault Systèmes erzielt Umsatzwachstum

    Mit einem Umsatzplus von 11 Prozent hat Dassault Systèmes das Geschäftsjahr 2021 abgeschlossen. Dabei war vor allem der Softwarebereich Wachstumstreiber.

    mehr lesen: Dassault Systèmes erzielt Umsatzwachstum

  • M&M Software unter neuer Leitung

    M&M Software unter neuer Leitung

    Ab Juli steht M&M Software unter neuer Leitung. Der Langjährige Geschäftsführer Klaus Hübschle übergibt an Christian Gnädig und Thomas Gaus.

    mehr lesen: M&M Software unter neuer Leitung

  • Geschäftsklima in der Digitalbranche erreicht Vor-Corona-Niveau

    Geschäftsklima in der Digitalbranche erreicht Vor-Corona-Niveau

    Mit einem Plus von 5,4 Punkten liegt der Ifo-Bitkom-Digitalindex nun bei 30 Punkten. Die deutsche Digitalbranche hat somit wieder ihr Vor-Corona-Niveau erreicht. Die Personalsorgen der Branche sind laut Index jedoch…

    mehr lesen: Geschäftsklima in der Digitalbranche erreicht Vor-Corona-Niveau

  • Arbeitsmarkt kommt ‚ohne große Schrammen‘ durch die Welle

    Arbeitsmarkt kommt ‚ohne große Schrammen‘ durch die Welle

    Nach vier Rückgängen in Folge ist das IAB-Arbeitsmarktbarometer im Januar wieder gestiegen. Die zahlen deuten u.a. auf weiter steigende Beschäftigung hin.

    mehr lesen: Arbeitsmarkt kommt ‚ohne große Schrammen‘ durch die Welle

  • EU-Kommission stellt neue Normungsstrategie vor

    EU-Kommission stellt neue Normungsstrategie vor

    Die EU-Kommission hat eine neue Normungsstrategie vorgestellt. Diese sieht u.a. vor, die Einflussnahme von Akteuren aus nicht-Mitgliedsstaaten eindämmen. Zudem soll die Rolle Europas bei globalen Normen gestärkt werden.

    mehr lesen: EU-Kommission stellt neue Normungsstrategie vor