Recycelbare Tinte aus Lignin: Nachhaltiger 3D-Druck ohne fossile Polymere

Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon haben eine recycelbare Tinte für den 3D-Druck entwickelt. Das Material basiert auf dem industriellen Nebenprodukt Lignin und kann mehrfach wiederverwendet werden. Die Ergebnisse zeigen Potenziale für nachhaltige additive Fertigung und wurden in ACS Sustainable Chemistry & Engineering veröffentlicht.

Additive Fertigungsverfahren wie der 3D-Druck gewinnen in vielen Branchen an Bedeutung – auch in der Medizintechnik, im Fahrzeugbau oder bei Konsumgütern. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Materialentwicklung. Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon haben nun eine recycelbare 3D-Druck-Tinte entwickelt, die überwiegend aus Lignin besteht, einem Nebenprodukt der Papierherstellung oder der Biomasseverarbeitung.

Ziel der Forschenden war es, eine nachhaltige Alternative zu gängigen Druckmaterialien zu entwickeln, die häufig auf fossilen Polymeren basieren und meist weder recycelbar noch biologisch abbaubar sind.

Rund 70 Prozent der neuen Tinte bestehen aus Lignin. Während des Druckprozesses zeigt das Material eine hohe Fließfähigkeit, sodass es problemlos durch die Düsen eines 3D-Druckers extrudiert werden kann. Nach dem Druck nimmt die Tinte schnell wieder eine feste Struktur an. Gedruckte Objekte bleiben zudem bis zu Temperaturen von etwa 200 °C formstabil.

Die entwickelte Tinte ist speziell für das Direct Ink Writing (DIW) ausgelegt. Dieses Verfahren gehört zu den additiven Fertigungstechniken, bei denen Objekte bei Raumtemperatur mit pastösen Materialien gedruckt werden.

Im Gegensatz zu vielen anderen ligninbasierten Materialien benötigt die neue Tinte keine chemische oder thermische Nachbehandlung, um auszuhärten. Dadurch bleibt das Material vollständig wiederverwertbar.

Dr. Maria Balk vom Hereon-Institut für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit erklärt:
"Wir wollten zeigen, dass auch Abfallmaterialien wie Lignin den technischen Anforderungen des modernen 3D-Drucks gerecht werden und zugleich die Nachhaltigkeit verbessern."

Weiter ergänzt sie: "Zu diesem Zweck haben wir ein industrielles Abfallprodukt in eine 3D-Drucktinte umgewandelt, die sich durch einfaches Zugeben von Wasser vollständig recyceln lässt."

Ein zentrales Merkmal der neuen Tinte ist ihre vollständige Recycelbarkeit. Gedruckte Bauteile können mehrfach wiederverwendet werden, indem sie mit Wasser aufgelöst und erneut verarbeitet werden.

"Eine der spannendsten Erkenntnisse ist, dass die gedruckten Objekte mehrfach durch Zugabe von Wasser recycelt werden können, ohne an Leistungsfähigkeit zu verlieren", erklärt Balk.

Diese Eigenschaft ist in der additiven Fertigung bislang selten und könnte neue Ansätze für eine kreislauforientierte Produktion eröffnen. Laut den Forschenden lassen sich dadurch auch CO₂-Emissionen reduzieren.

Nach Angaben des Helmholtz-Zentrums Hereon eröffnet die Entwicklung neue Perspektiven für den nachhaltigen 3D-Druck von Bauteilen, etwa für:

• Produktprototypen
• technische Komponenten
• Anwendungen in verschiedenen Industriebranchen
• potenziell auch medizintechnische Anwendungen

Prof. Francesca Toma, Leiterin des Hereon-Instituts für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit, betont den übergeordneten Ansatz: „Industrielle Abfallströme sind eine bislang ungenutzte Möglichkeit. Lignin wird momentan kaum genutzt. Seine Umwandlung in ein vollständig recycelbares Material zeigt, wie Abfälle Innovationen in einer Industrie vorantreiben können, die dringend nachhaltige Lösungen braucht.“

Die Forschenden planen nun weitere Tests und Optimierungen. Ziel ist es, den Herstellungsprozess zu skalieren und mögliche Einsatzfelder zu untersuchen.

COMPAMED.de; Quelle: Helmholtz-Zentrum Hereon