Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Hereon haben eine innovative, vollständig recycelbare Tinte für den 3D-Druck entwickelt, die auf Lignin basiert, einem Nebenprodukt aus der Papierindustrie. Die Entdeckung, die in der Fachzeitschrift ACS Sustainable Chemistry & Engineering veröffentlicht wurde, bietet eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen, nicht recycelbaren Materialien, die oft auf fossilen Brennstoffen basieren. Diese neue Tinte könnte nicht nur die ökologische Bilanz des 3D-Drucks verbessern, sondern auch die Qualität der gedruckten Objekte steigern.
Der 3D-Druck ist eine additiven Fertigungstechnik, die es ermöglicht, digitale Designs in physische Objekte umzuwandeln. Diese Technologie findet Anwendung in verschiedenen Bereichen, darunter Prototypenbau, Automobilindustrie, Konsumgüter und Medizintechnik. Eine der vielversprechendsten Methoden innerhalb des 3D-Drucks ist das Direct Ink Writing (DIW), bei dem speziell formulierte Tinten verwendet werden, um Objekte bei Raumtemperatur zu drucken. Leider basieren die meisten dieser Tinten auf fossilen Polymeren, die nicht nur schwer recycelbar sind, sondern auch oft umweltbelastend.
Die neu entwickelte Tinte von Hereon hingegen besteht zu etwa 70% aus Lignin, das entweder aus der Papierherstellung stammt oder direkt aus Biomasse gewonnen wird. Ein entscheidender Vorteil dieser Tinte ist, dass sie während des Druckprozesses einfach durch die Düsen fließt und nach dem Drucken schnell wieder an Stabilität gewinnt. Im Gegensatz zu anderen ligninbasierten Tinten benötigt sie keine zusätzlichen chemischen oder thermischen Nachbehandlungen, um die gewünschte Festigkeit zu erreichen. Dies macht den Prozess nicht nur einfacher, sondern auch umweltfreundlicher.
Das Forschungsteam wurde von der Überzeugung geleitet, dass nachhaltige Materialien keine Kompromisse in der Leistung erfordern sollten. Dr. Maria Balk, eine der Hauptautorinnen der Studie, betont, dass es möglich ist, Abfallprodukte wie Lignin in leistungsfähige 3D-Drucktinten umzuwandeln, die gleichzeitig die Umwelt weniger belasten. Durch die einfache Zugabe von Wasser kann die Tinte vollständig recycelt werden, was einen bedeutenden Fortschritt in der Nachhaltigkeit des 3D-Drucks darstellt.
Prof. Francesca Toma, Leiterin des Instituts für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit am Hereon, hebt hervor, dass industrielle Abfallströme oft ungenutzt bleiben. Lignin wird gegenwärtig kaum verwendet, und dessen Umwandlung in eine recycelbare Tinte verdeutlicht, wie Abfälle in der Industrie zu innovativen Lösungen führen können. Diese Entwicklung ist besonders relevant, da die Industrie dringend nach nachhaltigen Alternativen sucht.
Ein bemerkenswerter Aspekt dieser Forschung ist die Fähigkeit der gedruckten Objekte, mehrmals recycelt zu werden, ohne dass es zu einem Verlust an Leistung kommt. Diese Eigenschaft ist im Bereich der additiven Fertigung bislang selten und eröffnet neue Perspektiven für eine kreislauforientierte Produktion. Durch die Implementierung solcher Materialien können die CO₂-Emissionen erheblich gesenkt werden.
Die neuesten Forschungsergebnisse schaffen vielversprechende Möglichkeiten für den nachhaltigen 3D-Druck unterschiedlichster Objekte, einschließlich maßgeschneiderter Prototypen und Komponenten für diverse Technologien. Das Team plant, die recycelbare Tinte weiter zu optimieren und zu testen, um eine baldige Markteinführung zu ermöglichen. Dr. Balk betont, dass sie den Prozess weiter skalieren und Anwendungsfelder erkunden wollen, insbesondere in Bereichen, in denen eine energieeffiziente Verarbeitung und Recycelbarkeit von entscheidender Bedeutung sind.
Insgesamt verfolgt das Helmholtz-Zentrum Hereon das Ziel, die Lebensqualität auf unserem Planeten zu erhalten. Mit rund 1.000 Mitarbeitenden widmet sich die Einrichtung der Forschung neuer Technologien, die Resilienz und Nachhaltigkeit fördern. Der Ansatz, der von grundlegenden wissenschaftlichen Erkenntnissen über komplexe Systeme bis hin zu praktischen Anwendungen reicht, zeigt die interdisziplinäre Natur der Forschung. Die Institution engagiert sich in nationalen und internationalen Netzwerken und unterstützt die Gesellschaft dabei, eine nachhaltige Zukunft zu gestalten.
