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.



  • Produktionsplanung und -steuerung mit Obeya

    Produktionsplanung und -steuerung mit Obeya

    Für die Produktionsplanung und –steuerung wird in der Lern- und Musterfabrik am TZ PULS in Dingolfing jetzt mit einer Obeya-Kommunikationszentrale gearbeitet. Der große Raum, japanisch Obeya, kombiniert analoge Lean-Methoden mit…

    mehr lesen: Produktionsplanung und -steuerung mit Obeya

  • Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

    Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

    Die neue Richtlinie VDI 3405 Blatt 8.1 soll Grundlagen für 3D-Druckverfahren von keramischen Bauteilen vermitteln,

    mehr lesen: Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

  • Nach Lockdown: Vorsicht beim Hochfahren von Anlagen

    Nach Lockdown: Vorsicht beim Hochfahren von Anlagen

    Weltweit wurden in Folge der Coronavirus-Pandemie Unternehmen auf der ganzen Welt vorübergehend geschlossen. Nach der Phase des Stillstands bereiten sich nun viele Firmen auf die Wiedereröffnung vor.

    mehr lesen: Nach Lockdown: Vorsicht beim Hochfahren von Anlagen

  • Wirtschaftsleistung sinkt weltweit

    Wirtschaftsleistung sinkt weltweit

    Das Coronavirus stürzt fast die ganze Welt in eine Rezession. Das geht aus der neuesten Umfrage des Ifo-Instituts hervor, an der 1.000 Experten in 110 Ländern teilgenommen haben. Demnach könnte…

    mehr lesen: Wirtschaftsleistung sinkt weltweit

  • Unternehmen oftmals unzufrieden mit der DSGVO

    Unternehmen oftmals unzufrieden mit der DSGVO

    Die Unternehmen der deutschen Informationswirtschaft sind oftmals unzufrieden mit der im Mai 2018 in Kraft getretenen EU-Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO). Das zeigt eine Umfrage des ZEW. Demnach überwiegen in jedem zweiten Unternehmen…

    mehr lesen: Unternehmen oftmals unzufrieden mit der DSGVO

  • Crate.io und M&M Software kooperieren

    Crate.io und M&M Software kooperieren

    Crate.io und M&M wollen künftig als Technologiepartner für die IoT-Datenbank CrateDB zusammenarbeiten.

    mehr lesen: Crate.io und M&M Software kooperieren

  • Sick erreicht prognostizierte Ziele für 2019

    Sick erreicht prognostizierte Ziele für 2019

    Sick hat im Geschäftsjahr 2019 seinen Umsatz um 7% auf 1,7Mrd.€ erhöht. Der Auftragseingang lag bei 1,8Mrd.€ (2018: 1,7Mrd.€).

    mehr lesen: Sick erreicht prognostizierte Ziele für 2019

  • Eine App zur Bauteilerkennung

    Eine App zur Bauteilerkennung

    In der Bildverarbeitung kommt künstliche Intelligenz seit langem zum Einsatz. Neuronale Netze erkennen beispielsweise Objekte des alltäglichen Lebens mit einer höheren Genauigkeit wieder als der Mensch. Forscher des Fraunhofer-Instituts für…

    mehr lesen: Eine App zur Bauteilerkennung

  • VDI ZRE veröffentlicht neue Prozesskette und Ressourcencheck

    VDI ZRE veröffentlicht neue Prozesskette und Ressourcencheck

    Durch industrielle biotechnologischen Prozesse ist es möglich, Güter ressourcenschonender und nachhaltiger zu produzieren. Das VDI Zentrum Ressourceneffizienz (VDI ZRE) hat als Online-Tool einen Prozess visualisiert, mit dem sich biotechnologische Verfahren…

    mehr lesen: VDI ZRE veröffentlicht neue Prozesskette und Ressourcencheck

  • Worauf CIOs achten sollten

    Worauf CIOs achten sollten

    Nicht Wachstum, sondern die Sicherung der Unternehmenszukunft steht während der Corona-Pandemie im Fokus der Unternehmen. Das Beratungsunternehmen Gartner hat diesbezüglich acht Maßnahmen identifiziert, die CIOs ergreifen sollten.

    mehr lesen: Worauf CIOs achten sollten

  • Digitalindex rutscht auf Tiefststand

    Digitalindex rutscht auf Tiefststand

    ITK-Unternehmen bewerten Geschäftslage noch als befriedigend, blicken aber pessimistisch in die Zukunft. Der Digitalindex des Branchenverbandes Bitkom rutschte auf den niedrigsten Wert seit seiner erstmaligen Erhebung.

    mehr lesen: Digitalindex rutscht auf Tiefststand

  • Kurzarbeit: Unternehmen wollen vorbereitet sein

    Kurzarbeit: Unternehmen wollen vorbereitet sein

    Etwa 55 Prozent der deutschen Unternehmen haben Kurzarbeit angezeigt. Darunter nicht nur Firmen, die stark von der Pandemie betroffen sind. Das geht aus einer Umfrage des Instituts der deutschen Wirtschaft…

    mehr lesen: Kurzarbeit: Unternehmen wollen vorbereitet sein