Ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der University of Texas in Dallas (UT Dallas) hat ein neuartiges 3D-druckbares Schaummaterial entwickelt, das potenziell langlebiger und umweltfreundlicher ist als herkömmliche Polymer-Schäume. Das Material basiert auf einer neuartigen chemischen Struktur und wurde in der Fachzeitschrift RSC Applied Polymers veröffentlicht.
Polymer-Schaum mit dynamischer Chemie für mehr Nachhaltigkeit
Ziel der Forschung war es, ein leichtes, dennoch robustes Schaummaterial zu entwickeln, das mit 3D-Druckverfahren verarbeitet werden kann. Die Doktorandin Rebecca Johnson, Co-Autorin der Studie, betonte, dass die größte Herausforderung darin bestand, eine Polymerformulierung zu finden, die sich für den 3D-Druck eignet. In einem symbolischen Demonstratorobjekt druckten die Forschenden einen ballonhundähnlichen Schaumkörper – ein Verweis auf das Potenzial zur Formfreiheit, das additive Fertigungsverfahren bieten.
Ein zentrales Element der Innovation ist die Verwendung sogenannter „dynamischer kovalenter Bindungen“. Diese ermöglichen es dem Material, sich bei Beschädigung teilweise selbst zu reparieren. Im Gegensatz zu thermoplastischen Kunststoffen lässt sich der Schaum nicht vollständig schmelzen und neu formen, weist aber dennoch eine deutlich höhere Langlebigkeit auf als konventionelle, thermisch vernetzte Schäume. Letztere können nach ihrer Formgebung nicht mehr verändert oder recycelt werden.
Anwendungen in Schutzsystemen und nachhaltiger Fertigung denkbar
Laut Studienleiter Prof. Dr. Ron Smaldone könnten solche 3D-druckbaren Schäume künftig in Bereichen wie Helm- oder Stoßfängerproduktion, in der Fahrzeugindustrie oder für Rüstungssysteme eingesetzt werden. Dabei könnten feine Gitterstrukturen durch den 3D-Druck gefertigt werden, die eine hohe Flexibilität mit guten Dämpfungseigenschaften verbinden.
Die Forschung legt zudem den Grundstein für nachhaltigere Materialentwicklungen in der additiven Fertigung. Co-Autorin Ariel Tolfree kündigte an, in zukünftigen Arbeiten den Fokus stärker auf die Recyclingfähigkeit und das ökologische Potenzial des Schaums zu legen. Ihrer Meinung nach lässt sich das Konzept gut durch das Modell eines Luftballonhundes veranschaulichen: „Ein Ballon sieht gewöhnlich aus – bis man ihn in etwas völlig Neues verwandelt.“
Das Projekt zeigt, wie chemische Forschung und additive Fertigung zusammenwirken können, um neue Materiallösungen für technische und ökologische Herausforderungen zu entwickeln.