Forschungsprojekt 02.04.2020, 21:15 Uhr

Forscher der ETH und Empa drucken komplexe Zelluloseobjekte

Forschende der ETH Zürich und der Empa druckten mit einem Zellulose-​Verbundmaterial verschiedene Objekte. Deren Zellulosegehalt liegt höher als derjenige von anderen 3D-​gedruckten zellulosebasierten Gegenständen. Ein Trick half dabei.
Ein 3D-​gedrucktes Ohrknorpel-Imitat aus Zellulose-​Verbundmaterial
(Quelle: Michael Hausmann / ETH Zürich / Empa)
Bäume und andere Pflanzen machen es vor: Sie stellen Zellulose selbst her und bauen daraus komplexe Strukturen mit aussergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften. Zellulose ist deshalb für Materialwissenschaftler attraktiv, um nachhaltige Produkte mit speziellen Funktionen herzustellen. Das Material zu komplexen Strukturen mit hohem Zelluloseanteil zu verarbeiten, fordert Materialwissenschaftler jedoch nach wie vor heraus. 
Eine Gruppe von Forschenden der ETH Zürich und der Empa haben nun einen Weg gefunden, Zellulose mittels 3D-​Drucker zu verarbeiten, um fast beliebig komplexe Gegenstände mit sehr hohem Zelluloseanteil zu schaffen. 
Dazu kombinierten die Forschenden das Direct Ink Writing, eine 3D-​Drucktechnik, mit einem nachfolgenden Verdichtungsprozess. Damit gelang es den Materialforschenden, den Zellulosegehalt in den gedruckten Objekten auf einen Volumenanteil von 27 Prozent zu heben, wie sie in der Fachzeitschrift «Advanced Functional Materials» berichteten. 

Tinte aus Wasser und Nanozellulose 

Die ETH-​ und Empa-​Forschenden sind freilich nicht die ersten, die Zellulose mit dem 3D-​Drucker verarbeiten. Mit bisherigen Ansätzen, bei denen ebenfalls zellulosehaltige Druckpaste verwendet wurden, gelang es allerdings nicht, feste Objekte mit einem derart hohen Zelluloseanteil und von solch hoher Komplexität anzufertigen. 
Die Druckpaste, die Hausmann und seine Kollegen einsetzen, ist denkbar einfach zusammengesetzt. Sie ist eine Dispersion aus Wasser und wenigen hundert Nanometer grossen Zellulosepartikeln und -​fasern. Der Zelluloseanteil liegt zwischen sechs und 14 Prozent des Tintenvolumens. 


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