Neue Nachwuchsgruppe am Fachbereich BiologieHolz statt Plastik beim 3D-Druck

18. November 2020, von Maria Latos

Foto: UHH/Krafft

Dr. Julien R. G. Navarro neben einem 3D-Drucker

Eine neue Generation von holzbasierten Materialien für den 3D-Druck – daran arbeitet eine Nachwuchsgruppe am Fachbereich Biologie der Universität Hamburg. Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) fördert die Forschung des Teams bis zu fünf Jahre lang mit 1,4 Millionen Euro.

Plastikmüll ist zu einem großen Problem für die Umwelt geworden: Zur Herstellung von Kunststoffen und Verpackungen werden Basismaterialien aus Erdöl verwendet, welche zudem Farbstoffe und Weichmacher enthalten können. Viele Kunststoffe sind zudem nicht biologisch abbaubar und tragen deshalb maßgeblich zur langanhaltenden Verschmutzung des Planeten bei. Dennoch dominieren sie bisher den 3D-Druck, der immer mehr genutzt wird.

Die Nachwuchsgruppe „Holzbasierte Hochleistungsmaterialien für den 3D-Druck und die thermoplastische Fertigung“ (HolzMat3D) möchte hier ansetzen und neue Produkte für den 3D-Druck entwickeln. „Die Materialien sollen aus Bestandteilen von Holz entstehen und sind damit eine nachhaltige Alternative. Außerdem haben sie ein geringes Gewicht und sind biologisch abbaubar“, sagt Dr. Julien Navarro, Projektleiter von HolzMat3D. Die Materialien könnten zum Beispiel im Energiesektor in 3D-gedruckten, leichten und flexiblen Batterien zur Anwendung kommen. In der Biomedizin könnten sie gleich in mehreren Produkten aus dem 3D-Drucker eingesetzt werden: in antimikrobiellen Materialien oder Diagnosegeräten.

Markt mit enormem Entwicklungspotenzial

Besonders geeignet für die Materialien der Zukunft ist Cellulose, die aus dem Holz gewonnen werden kann. Ihre Fasern sind ein bis drei Millimeter lang, 20 bis 50 Mikrometer breit und lassen sich durch mechanische Verfahren zerlegen. Diese Verfahren erzeugen eine Spaltung entlang der Längsachse der Cellulosefasern (CF), wodurch Cellulose-Nanofibrillen (CNF) gewonnen werden können.

Aber ihr Einsatz für den 3D-Druck ist noch nicht optimal: Die Cellulosefasern und Cellulose-Nanofibrillien sind wasserliebend und lassen sich daher schlecht mit anderen Polymeren mischen. Das Problem will das Forschungsteam durch Zugabe eines sogenannten Haftvermittlers angehen, der direkt mit der CF- und der CNF-Oberfläche wechselwirkt. Als Haftvermittler können beispielsweise Polymerketten direkt an die Cellulosefaser angebracht werden. So könnte der Anwendungsbereich von CF und CNF enorm erweitert und für den 3D-Druck angepasst werden.

„Der Markt für 3D-Druck ist gegenwärtig noch überschaubar, weist aber für die Zukunft ein enormes Entwicklungspotenzial auf“, sagt Navarro. „Gerade aus diesem Grund ist es wichtig, für biobasierte Produkte frühzeitig einen Einstieg zu finden, bevor sich die Technologie der Geräte- und Zubehörentwicklung zu stark auf erdölbasierte Lösungen ausrichten.“