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.



  • 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

  • Arbeitsmarktbarometer sinkt auf Tiefststand

    Arbeitsmarktbarometer sinkt auf Tiefststand

    Mit einem Stand von 93,5 Punkten weißt das IAB-Arbeitsmarktbarometer den niedrigsten Wert seit seiner erstmaligen Erhebung im Jahr 2008 auf.

    mehr lesen: Arbeitsmarktbarometer sinkt auf Tiefststand

  • KI und ERP für verbesserten Service

    KI und ERP für verbesserten Service

    Durch die Kooperation zwischen Proalpha und Empolis können Unternehmen ihren Servicemitarbeitern Wissen kontextsensitiv zur Verfügung stellen. Konkret wird Empolis Service Express in das ERP-System von Proalpha integriert.

    mehr lesen: KI und ERP für verbesserten Service

  • Ein FTS für kleine Unternehmen

    Ein FTS für kleine Unternehmen

    In einem gemeinsamen Forschungsprojekt wollen das Startup Flexlog und das IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover ein besonders günstiges und flexibles Fahrerloses Transportsystem entwickeln, das noch dazu ganz einfach…

    mehr lesen: Ein FTS für kleine Unternehmen

  • Handel mit China stark beeinträchtigt

    Handel mit China stark beeinträchtigt

    Zwar konnten die deutschen Elektroexporte im Februar 2020 mit einem Volumen von 16,7 Milliarden Euro noch ein leichtes Plus von 0,8 Prozent im Vergleich zum Vorjahresmonat verzeichnen. Jedoch gingen die…

    mehr lesen: Handel mit China stark beeinträchtigt

  • Schneider Electric: Umsatz um 6,4 Prozent rückläufig

    Schneider Electric: Umsatz um 6,4 Prozent rückläufig

    Schneider Electric hat im ersten Quartal des Geschäftsjahres 2020 einen Umsatz in Höhe von 5,8Mrd.€ erzielt. Das ist ein Rückgang von 6,4% gegenüber dem Vorjahresquartal.

    mehr lesen: Schneider Electric: Umsatz um 6,4 Prozent rückläufig

  • Kontaktstelle für die Sicherstellung von grenzüberschreitenden Lieferketten

    Kontaktstelle für die Sicherstellung von grenzüberschreitenden Lieferketten

    Mit einer Kontaktstelle zur Sicherstellung in den Lieferketten hat das Bundeswirtschaftsministerium eine zentrale Anlaufstelle für Unternehmen eingerichtet.

    mehr lesen: Kontaktstelle für die Sicherstellung von grenzüberschreitenden Lieferketten

  • Kurzarbeit bei der Hälfte der Unternehmen

    Kurzarbeit bei der Hälfte der Unternehmen

    In der Coronakrise fahren 50 Prozent der deutschen Unternehmen Kurzarbeit, 18 Prozent wollen Jobs abbauen. Das ist das vorläufige Ergebnis der neuesten Umfrage des Ifo-Instituts im April.

    mehr lesen: Kurzarbeit bei der Hälfte der Unternehmen

  • Software-Erweiterung bei Renesas

    Software-Erweiterung bei Renesas

    Renesas Electronics veröffentlicht ein neues Update seines Flexible Software Package (FSP) für die 32Bit-Arm-Cortex-m-Mikrocontroller (MCUs) der RA-Familie.

    mehr lesen: Software-Erweiterung bei Renesas

  • IG Metall bietet Hilfestellung für Betriebsräte

    IG Metall bietet Hilfestellung für Betriebsräte

    Die IG Metall hat ein Eckpunktepapier verabschiedet, das Betriebsräten bei der Umsetzung von Gesundheitsschutzmaßnahmen im Betrieb unterstützen soll.

    mehr lesen: IG Metall bietet Hilfestellung für Betriebsräte