Prothesen oder Kinderspielzeug, Autoteile oder Sportartikel: Die Einsatzmöglichkeiten des 3D-Drucks scheinen grenzenlos und zeigen, wie populär diese Technologie geworden ist. Die Bandbreite der dabei verwendeten Kunststoffe wird immer größer und damit auch das Potenzial, biobasierte Produkte daraus herzustellen. Um hochkomplexe dreidimensionale Objekte drucken zu können, werden jedoch häufig sogenannte Stützstrukturen benötigt.

Diese können nach dem Druck mit Lösungsmitteln oder sogar Wasser entfernt werden. Je nachdem, welcher Kunststoff als Stützmaterial verwendet wurde, kann Mikroplastik jedoch ins Abwasser und damit in die Umwelt gelangen. Um dies zu verhindern, haben Forschende des Instituts für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart im Projekt AquaLoes ein Stützmaterial entwickelt, das biobasiert und biologisch abbaubar ist. Basis des neuen Materials ist der Biokunststoff Polyhydroxybutyrat-co-valerat – kurz PHBV. Dieser besteht aus pflanzlichen Rohstoffen wie Zucker, Stärke oder entsprechenden Rest- und Abfallstoffen und wird biotechnologisch mithilfe von Bakterien hergestellt. PHBV ist im Abwasser und auch im Meerwasser vollständig biologisch abbaubar. Allerdings ist der Biokunststoff nicht wasserlöslich.

Mischung aus PHBV, PEG und Kochsalz überzeugt

Das Problem der Wasserlöslichkeit des Trägermaterials lösten die Forschenden im Projekt, indem sie PHBV mit Kochsalz anreicherten. Mit dieser Methode gelang es, die Stützpolymere im Wasser in kleinste Fragmente zu zerlegen, die nach Angaben der Forschenden entweder herausgefiltert oder, wenn sie im Abwasser verbleiben, von Mikroorganismen in überschaubaren Zeiträumen abgebaut werden können. „Aufgrund der geringen Partikelgröße rechnen wir mit einer Abbauzeit von wenigen Monaten“, erklärt Projektleiter Christian Bonten vom IKT.

Mehr als 30 verschiedene Rezepturen aus PHBV, Salz und anderen bioabbaubaren Polymeren wurden getestet, um die Machbarkeit zu belegen. Das überzeugendste Resultat brachte schließlich eine Mischung aus 40 % PHBV, 10 % Polyethylenglykol (PEG) und 50 % hochfeinem Kochsalz. „Aus diesem Compound ließen sich auch filigrane Stützstrukturen ohne Abreißen des Filamentstranges drucken“, berichten die Forschenden. Bei Versuchen mit dem begehrten 3D-Druck-Polymer PLA überzeugte zwar das Druckergebnis. Aufgrund der hohen Haftung ließ sich das neue Supportmaterial anfangs aber nur schwer ablösen.

Neues 3D-Druck-Stützpolymer für Hobbybereich

Da die Entwicklung des neuartigen Polymers für den 3D-Druck auf den Einsatz im Hobbybereich zielt, suchte das Team nach einer Methode, die im Haushalt gut umsetzbar ist. Die Lösung: mithilfe eines haushaltsüblichen Geschirrspülers wurde das gedruckte Bauteil gespült und das Stützgerüst erfolgreich und schnell abgelöst.

Das neuartige 3D-Druck-Trägermaterial aus PHBV, Salz und weiteren Polymeren ist bereits zum Patent angemeldet. Damit das biologisch abbaubare Stützmaterial auf dem Markt bestehen kann, sind jedoch noch Verbesserungen nötig. Die Forschenden suchen deshalb Partner aus der Industrie, um den Ansatz weiterzuentwickeln.

bb