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.



  • Corona und die Folgen für die Wirtschaft in Deutschland

    Corona und die Folgen für die Wirtschaft in Deutschland

    Die Auswirkungen von COVID-19 auf unsere Gesellschaft und die Wirtschaft sind enorm und betreffen uns alle.

    mehr lesen: Corona und die Folgen für die Wirtschaft in Deutschland

  • AI-fähige Microlearning-Lösung für die Industrie 4.0

    AI-fähige Microlearning-Lösung für die Industrie 4.0

    Aveva und Axonify wollen gemeinsam eine KI-Microlearning-Lösung für die Industrie anbieten. Beide Unternehmen haben sich diesbezüglich auf eine strategische Partnerschaft geeinigt.

    mehr lesen: AI-fähige Microlearning-Lösung für die Industrie 4.0

  • Industry Show: Virtuelle Messe für alle Bereiche der Industrie

    Industry Show: Virtuelle Messe für alle Bereiche der Industrie

    Der TeDo Verlag veranstaltet ab dem 4. Mai eine virtuelle Messe rund um unsere Themen Automatisierung, Robotik und Energieverteilung, Schaltschrankbau, Industrielle IT, IIoT usw. Wir wollen so eine Lösung finden,…

    mehr lesen: Industry Show: Virtuelle Messe für alle Bereiche der Industrie

  • IoT-Geräte als Köder für Cyberangreifer

    IoT-Geräte als Köder für Cyberangreifer

    Attivo Networks hat seine auf der Deception-Technologie basierende ThreatDefend-Plattform in das Microsoft Azure Security Center integriert. Dadurch wird die Erkennungsrate und Reaktionszeit bei Angriffen auf den Microsoft-Dienst Azure IoT Edge…

    mehr lesen: IoT-Geräte als Köder für Cyberangreifer

  • Zoom-Nutzer verstärkt im Visier

    Zoom-Nutzer verstärkt im Visier

    Die Corona-Pandemie stellt uns alle vor große Herausforderungen – nicht nur im privaten Bereich, sondern auch beruflich. Unzählige Menschen weltweit arbeiten derzeit erstmals im Homeoffice.

    mehr lesen: Zoom-Nutzer verstärkt im Visier

  • Auftragseingang im Maschinenbau im Februar 2020

    Auftragseingang im Maschinenbau im Februar 2020

    Im Februar verfehlten die Auftragseingänge im deutschen Maschinenbau ihr Vorjahresniveau real um 4 Prozent. Während die Bestellungen der inländischen Kunden um 6 Prozent sanken, lagen die Auslandsorders um 3 Prozent…

    mehr lesen: Auftragseingang im Maschinenbau im Februar 2020

  • Neuer Vice President Americas bei Leuze

    Neuer Vice President Americas bei Leuze

    Sergio Resendiz (Bild) ist neuer Leuze-Vice President Americas und berichtet direkt an den CEO Ulrich Balbach.

    mehr lesen: Neuer Vice President Americas bei Leuze

  • Wenn der Roboter beim Prüfen hilft

    Wenn der Roboter beim Prüfen hilft

    Eine zentrale Anwendung beim Roboter-Einsatz ist die Kollaboration zwischen Mensch und Maschine – beispielsweise die Unterstützung bei für den Menschen belastenden Aufgaben. Welche Vorteile eine produktive Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) haben kann,…

    mehr lesen: Wenn der Roboter beim Prüfen hilft

  • Körperschall im Edge analysieren

    Körperschall im Edge analysieren

    Der Condition-Monitoring-Workshop ‚Smart Monitoring – Körperschallanalyse im Edge‘ (max. 20 Teilnehmer) von Systec Electronic zeigt, wie sich mit unterschiedlichen Technologien physikalische Eigenschaften von Maschinen und Anlagen erfassen und zusammenführen lassen.

    mehr lesen: Körperschall im Edge analysieren

  • PWC steigt bei Adamos ein

    PWC steigt bei Adamos ein

    Die Wirtschaftsprüfungs- und Beratungsgesellschaft PWC Deutschland beteiligt an der Adamos GmbH. Adamos verfolgt mit mehr als 30 Partnern das Ziel, ein Ökosystem zu etablieren, in dem gemeinsam durchgängige Lösungen für…

    mehr lesen: PWC steigt bei Adamos ein

  • Maschinen leasen statt kaufen

    Maschinen leasen statt kaufen

    Seit einigen Jahren erfreuen sich Leasingmodelle für Maschinen einer wachsenden Nachfrage. Doch welche Vorteile bietet dieses Modell für kleine und mittlere Handwerksbetriebe und wie kann man sich vor möglichen Schäden…

    mehr lesen: Maschinen leasen statt kaufen

  • Wo stehen deutsche Unternehmen bei der Digitalisierung?

    Wo stehen deutsche Unternehmen bei der Digitalisierung?

    Deutsche Unternehmen stellen sich in einer aktuellen Bitkom-Studie in Sachen Digitalisierung nur ein ‘befriedigend‘ aus. Die Coronakrise sei dabei ein Weckruf, die Digitalisierung massiv voranzutreiben, sagt Bitkom-Präsident Achim Berg.

    mehr lesen: Wo stehen deutsche Unternehmen bei der Digitalisierung?