Für den 3D-Druck von Bauteilen mit Hohlräumen oder Überhängen sind Stützstrukturen notwendig, die bei unsachgemäßer Entsorgung aber die Umwelt belasten.

Bild: Universität Stuttgart

Wasserlösliche Stützstrukturen Abfall beim 3D-Druck reduzieren

18.05.2020

An der Universität Stuttgart entwickeln Forscher ein neuartiges Stützstrukturmaterial für additive Druckverfahren, das sowohl wasserlöslich als auch biologisch abbaubar ist. Auf diese Weise bleiben keine umweltschädlichen Kunststoffreste oder Chemikalien im Abwasser zurück.

Additive Fertigungsverfahren sind mittlerweile fester Bestandteil in der industriellen Fertigung und Entwicklung. Mit ihnen lassen sich schnell, einfach und kostengünstig Modelle, Muster, Prototypen, Werkzeuge und Endprodukte erzeugen.

Für Formen wie Überhänge, Hohlräume oder Hinterschneidungen sind allerdings Stützstrukturen notwendig, die anschließend rückstandslos entfernt werden müssen. Das ist oftmals sehr aufwendig. Außerdem werden häufig bestimmte Kunststoffe verwendet, die sich nur durch Säure, Basen oder Lösungsmittel auflösen lassen. Das wiederum belastet das Abwasser mit Kunststoffresten und Chemikalien.

Biologisch abbaubarer Kunststoff

Am Institut für Kunststofftechnik der Universität Stuttgart entwickeln Forscher unter der Leitung von Prof. Bonten deshalb ein neuartiges Stützstrukturmaterial, das sowohl wasserlöslich als auch biologisch abbaubar ist. Es besteht aus einem biologisch abbaubaren Kunststoff auf Basis von Polyhydroxybutyrat, der mit einem Salz compoundiert wurde.

Mit diesem compoundierten Kunststoff als Stützmaterial lassen sich Strukturen erzeugen, die nach dem Druckvorgang einfach mit Wasser ausgewaschen werden. Das Wasser löst hierbei das Salz aus der porösen Struktur, sodass der Werkstoff in winzige Fragmente zerfällt und sich rückstandslos vom Bauteil entfernen lässt. Die im Wasser gelösten Kunststoffteile können anschließend durch Mikroorganismen vollständig biologisch abgebaut werden.

Lösung für das Abfallproblem

Das könnte ein bestehendes Problem beim 3D-Druck insbesondere auch im privaten Bereich lösen. Denn problematisch ist bei den derzeitigen Anwendungen vor allem der entstehende Abfall.

Einerseits entsteht problematisches Abwasser dadurch, dass das Stützmaterial chemisch entfernt wird. Da bestimmte Kunststofftypen nur durch Säure, Basen oder Lösungsmittel aufgelöst werden können, muss der Abfall beziehungsweise das Abwasser wieder aufwendig entsorgt werden.

Zudem werden auch Stützstruktur-Werkstoffe verwendet, die zwar in Wasser vollständig gelöst werden können. Bei Anwendungen im privaten Bereich wird das Abwasser dann aber mitsamt der darin gelösten Polymere über die Kanalisation entsorgt, und die Polymerketten gelangen in die Umwelt.

Das Projekt wird von der Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert; die Erfindung wurde in Deutschland zum Patent angemeldet. Das Technologie-Lizenz-Büro (TLB) ist mit der wirtschaftlichen Umsetzung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen Möglichkeiten der Zusammenarbeit und Lizenzierung der Schutzrechte.

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