Stützstrukturen aus abbaubarem Biokunststoff machen 3D-Druck umweltfreundlicher

Die additive Fertigung mithilfe der FFF/FDM-Drucktechnologie ist mitunter eines der beliebtesten und simpelsten 3D-Druckverfahren. Die Technologie ist mit einer großen Anzahl an thermoplastischen Polymeren,  unter anderem PLA, ABS, Polycarbonat, PET, Nylon und weiteren in Form von Filamenten kompatibel. Was bei dem 3D-Druck mittels der sogenannten Schmelzschichtung allerdings stets zu beachten ist, ist die Verwendung von Stützstrukturen. In der Tat, gibt es bereits Stützstrukturen, welche sich sogar im reinen Wasser auflösen, doch oftmals können Kläranlagen sie nicht vollständig herausfiltern, weswegen sie anschließend als Mikroplastik in den Wasserkreislauf gelangen.

Forschende des Instituts für Kunststofftechnik der Universität Stuttgart wollen dem nun entgegenwirken. Im Rahmen des Projekts AquaLoes entwickelten die Forscher nun ein umweltfreundliches Stützmaterial aus einem neuen Werkstoff auf Basis des Biokunststoffs Polyhydroxybutyrat-co-valerat (PHBV), welches im Meerwasser biologisch abbaubar ist und sich vollkommen in Wasser und CO2 umwandeln kann.

Die drei Prüfstäbe rechts erzielten mit einer Kombination aus 40 % PHBV, 10 % PEG und 50 % hochfeinem Kochsalz die besten Eigenschaften für den 3D-Druck. (Bild: IKT, Universität Stuttgart)

Obwohl PHBV in der Lage dazu ist, sich im Wasser abzubauen, so kann es sich trotzdessen nicht vollständig auflösen. Aus diesem Grund wird dem Material Kochsalz hinzugegeben, um so eine Auflösbarkeit im Meereswasser erreichen zu können. Dies führt dazu, dass die Stützmaterialien in noch kleinere Partikel zerfallen und so durch Mikroorganismen im Wasser abgebaut werden können. Projektleiter Professor Christian Bonten vom IKT klärt auf: „Aufgrund der geringen Partikelgröße gehen wir von wenigen Monaten für den Abbau aus“.

Mehrere Tests des Forscherteams zeigten, dass sich eine Mischung aus 40% PHBV, 10% PEG und 50% hochfeinem Kochsalz am besten für die Anwendung eignet. Sie dient als robuste und reißfeste Stützstruktur und bietet vor allem in Kombination mit dem Polymer PLA eine besonders hohe Haftung und Qualität der fertigen Teile. Diese brauchten im Vergleich zu herkömmlichen Stützpolymere wie BVOH allerdings länger, um sich vollständig aufzulösen.

Bild: IKT, Universität Stuttgart

Zurzeit arbeiten die Forscher noch immer an der Optimierung des Materials, um eine kürzere Auflösezeit zu erreichen, doch eins ist sicher – Sie machen große Fortschritte, um den 3D-Druck künftig umweltfreundlicher zu gestalten.

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*Titelbildnachweis: Formlabs