Forscher der Rice University haben ein Verfahren entwickelt, das den Weg für den Einsatz von 3D-Druck zur Herstellung nachhaltiger Holzstrukturen ebnet. Diese Innovation bietet eine umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen Fertigungsmethoden. Holz, das traditionell durch verschwenderische Praktiken bei der Formgebung belastet wurde, was Kosten und Umweltauswirkungen in die Höhe trieb, kann nun dank eines additivfreien, wasserbasierten Tinten aus Lignin und Cellulose effizienter genutzt werden. Diese beiden Materialien sind die grundlegenden Bausteine von Holz.
Die Forschungsergebnisse wurden in „Advanced Science“ unter dem Titel „Three-dimensional printing of wood“ veröffentlicht.
Nachhaltige Holzstrukturen durch 3D-Druck
Das Forscherteam, angeführt von Muhammad Rahman, einem Assistenzprofessor für Materialwissenschaft und Nanoingenieurwesen an der Rice University nutzt dafür das Direct Ink Writing. Dieses Verfahren ermöglicht es, architektonisch komplexe Holzstrukturen mit 3D-Druck abzubilden. „Die Möglichkeit, eine Holzstruktur direkt aus ihren natürlichen Komponenten zu erstellen, eröffnet den Weg zu einer umweltfreundlicheren und innovativeren Zukunft des Bauens“, so Rahman. Diese Technologie könnte insbesondere in der Möbelherstellung und im Bauwesen erhebliche Veränderungen bewirken.
Fokus auf nachhaltigen Materialien
Im Gegensatz zu früheren Ansätzen nutzt dieses Verfahren ausschließlich nanoskalige Holzkomponenten für den 3D-Druck. „Dies markiert einen bedeutenden Fortschritt im Bereich“, erklärt Pulickel Ajayan, Professor und Leiter des Fachbereichs für Materialwissenschaft und Nanoingenieurwesen. Die Forschungsarbeit konzentrierte sich darauf, die Zusammensetzung der Tinte zu optimieren, indem das Verhältnis von Lignin, Cellulosenanofasern und -kristallen angepasst wurde, um die natürliche Lignin-Cellulose-Balance zu erhalten. Lignin, eines der am häufigsten vorkommenden Biopolymere auf der Erde, wird in der Industrie bisher wenig geschätzt, merkte Amit Naskar, ein Projektmitarbeiter am Oak Ridge National Laboratory, an.
Die Nachdruckanalyse zeigte, dass die so hergestellten Holzstrukturen in Textur, Geruch und Stärke eng mit natürlichem Holz verwandt sind. Zusätzlich durchgeführte mechanische Tests zur Bewertung der Druck- und Biegefestigkeit lieferten vielversprechende Ergebnisse, die sogar natürliches Balsaholz übertreffen.
