Es wurden bereits viele Materialien für den 3D-Druck entwickelt, eines der häufigsten natürlichen Polymere aber fehlte noch – Lignin. Es ist flexibel und sehr stabil. Mit dem zweithäufigsten natürlichen Polymer Lignin hat das Oak Ridge National Laboratory (ORNL) jetzt ein neuartiges 3D-Druckverfahren entwickelt, das dem Objekt Steifigkeit verleiht, nicht leicht verrottet und dennoch flexibel ist. Und mit einem 3D-Drucker verarbeitet werden kann.

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Das Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in Tennessee (USA) entwickelte ein skalierbares Verarbeitungsverfahren, das für den 3D-Druck pflanzlichen Materialien verwendet und den Bioraffinerien so eine vielversprechende zusätzliche Einnahmequelle bieten kann. Das neue 3D-Drucker-Material bietet hervorragende Leistungsfähigkeit und Druckbarkeit dank Lignin, einem Nebenprodukt des Biokraftstoffprozesses, beschreibt das ORNL die Motivation für seine Forschungen in diesem Bereich.

Lignin – das zweithäufigste natürliche Polymer

Lignin weist ein großes Potenzial auf und ist eine natürliche Ressource. Zudem ist es eine Klasse komplexer organischer Polymere (Übersicht 3D-druckbarer Polymere), die in einigen Algen und dem Stützgewebe von Gefäßpflanzen wichtige strukturelle Materialien bilden. Lignine sind bei der Bildung von Zellwänden – vor allem in Rinde und Holz – besonders wichtig, weil sie nicht so leicht verrotten und zugleich Steifigkeit verleihen. Lignin zählt auch zum zweithäufigsten natürlichen Polymer weltweit und wird hier nur von Zellulose übertroffen.

Querschnitt des Schweißbereichs
Querschnitt des Schweißbereichs zwischen zwei 3D-gedruckten Schichten des entwickelten pflanzlichen Verbundmaterials (Bild © Christopher Bowland/Oak Ridge National Laboratory, U.S. Dept. of Energy).

Die von ORNL angewendete Methode kombiniert Lignin, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Kohlefaser und Kautschuk in eine 3D-Druck-Struktur mit 100 % verbesserter Schweißfestigkeit zwischen den einzelnen Schichten. Eine mikroskopische Aufnahme gewährt uns einen Einblick in den Querschnitt des Schweißbereichs zwischen zwei Schichten des 3D-gedruckten pflanzlichen Verbundmaterials, das vom Oak Ridge National Laboratory entwickelt wurde.

„Wir setzen in den letzten fünf Jahren auf die eigene Erfahrung mit Lignin, um Fortschritte zu erreichen“, sagte Amit Naskar vom ORNL und fügte noch hinzu: „Die Zusammensetzung des Materials wollen wir weiterhin optimieren, um es stärker zu machen.“

Objekt, gedruckt mit der neu entwickelten Methode
Die von ORNL angewendete Methode kombiniert die Ausgangsmaterialien in eine 3D-Druck-Struktur mit 100 % verbesserter Schweißfestigkeit zwischen den einzelnen Schichten (Bild © Ngoc Nguyen/Oak Ridge National Laboratory, U.S. Dept. of Energy).

Einzelheiten über den zum Patent angemeldeten Verfahren veröffentlichte das Forscherteam in einem Artikel unter dem Titel „A general method to improve 3D-printability and inter-layer adhesion in lignin-based composites“. Eine weitere Entwicklung, die in Zusammenarbeit mit Magnum Venus Products hergestellt wurde, ist der 3D-Drucker für schnell härtende Duroplaste, worüber wir im April 2018 berichtet haben.

Lignin ist derzeit vielleicht das interessanteste und wertvollste Material, da es eine Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten bietet. Für weitere interessante Forschungen im Bereich des 3D-Drucks, empfehlen wir Ihnen, sich kostenlos für unseren Newsletter zu registrieren (hier abonnieren).

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