Lignin als Basis recycelbarer Tinte für 3D-Druck
Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon haben eine wasserbasierte Tinte für den 3D-Druck entwickelt, die ohne Polymere aus fossilen Rohstoffen auskommt. Stattdessen enthält sie einen Reststoff der Industrie, der in großen Mengen verfügbar ist: Lignin.
Die am Hereon-Institut für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit entwickelte recycelbare Tinte ist für das so genannte Direct Ink Writing (DIW) bei Raumtemperatur vorgesehen. Dieses Verfahren gehört zu den Material Jetting-Verfahren.
| Tintenbasierte 3D-Druck-Verfahren |
| Druckertinte, wie sie in diesem Beitrag beschrieben ist, kommt beim Material Jetting zur Anwendung. Dieses Prinzip ähnelt dem 2D-Tintenstrahldruck: Ein Druckkopf gibt Tropfen eines flüssigen Materials direkt auf eine Bauplatte ab, wo es unter UV-Licht, durch Abkühlung oder – wie hier beschrieben – von selbst bei Raumtemperatur aushärtet. Die Tinten enthalten beispielsweise UV-härtende Polmerharze als Hauptbestandteile, dazu Photoinitiatoren, ggfs. Verdünnungsmittel, Pigmente oder Farbstoffe sowie weitere Additive zur Einstellung der Eigenschaften des Druckprodukts. Alternativ kommen Tinten zum Einsatz, bei denen Nanopartikel aus Metall oder Keramik in einer Trägerflüssigkeit dispergiert sind. Bei diesem Systemen verdampft die Flüssigkeit bei erhöhter Temperatur (etwa 300 °C) und die Verfestigung des gedruckten Feststoffkörpers geschieht anschließend durch Sintern. |
| Informationen zu verschiedenen Arten von 3D-Druckern, ihren Funktionsweisen, den eingesetzten Materialien und Anwendungsbereichen geben beispielsweise Plattformen wie www.eufymake.com oder das Online-Magazin 3Druck.com. |
Dieses Bild wurde mittels KI erstellt, um das Prinzip des 3D-Drucks mit Tinte zu verdeutlichen. Es hat keinerlei Bezug zum Helmholtz-Zentrum Hereon, zur Originalpublikation der hier beschriebenen Entwicklung oder zu einer der anderen Webseiten, die in diesem Beitrag erwähnt sind.
Recyceln der Tinte durch Zugabe von Wasser
Die meisten der Druckertinten basieren auf fossilen Polymeren, die oft weder recyclbar noch biologisch abbaubar sind. Tinten aus Lignin könnten eine nachhaltige Lösung darstellen. Allerdings erforderte die Verwendung von Lignin bislang meist hohe Temperaturen oder nicht umkehrbare chemische Prozesse. Die in dieser Studie verwendete Tinte besteht zu etwa 70 % aus Lignin, das bei der Papierherstellung anfällt oder direkt aus Biomasse gewonnen wird. Diese Tinte fließt während des Druckprozesses leicht durch die Düsen und wird danach im Ruhezustand fest. Zur Aushärtung braucht das gedruckte Material keine chemische oder thermische Nachbehandlung.
Das Team des Hereon-Instituts für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit will keine Kompromisse machen:
„Wir wollten zeigen, dass auch Abfallmaterialien wie Lignin den technischen Anforderungen des modernen 3D-Drucks gerecht werden und zugleich die Nachhaltigkeit verbessern“, erklärt Dr. Maria Balk, eine der Hauptautorinnen der Studie. „Zu diesem Zweck haben wir ein industrielles Abfallprodukt in eine 3D-Drucktinte umgewandelt, die sich durch einfaches Zugeben von Wasser vollständig recyceln lässt.“
Die Wissenschaftler:innen stellten fest, dass die gedruckten Objekte mehrfach durch Wasserzugabe recycelt werden können, ohne an Leistungsfähigkeit zu verlieren.
„Dies ist in der additiven Fertigung bislang selten und eröffnet neue Perspektiven für eine kreislauforientierte Produktion. So lassen sich die CO2-Emissionen deutlich reduzieren“, erklärt Balk.
Die recycelbare Tinte soll nun weiter optimiert und getestet werden, um eine Markteinführung zu ermöglichen. Dazu gehört, den Prozess weiter zu skalieren und nach geeigneten Anwendungsfeldern zu suchen.
Beitragsbild: Public Domain Pictures / Pixabay
