Neues 3D-Druckverfahren ermöglicht nachhaltige Faserverbundbauteile
Neu entwickelter Druckkopf für den 3D-Druck von endlos cellulosefaserverstärkten Bauteilen
(c) DITF
… nach dem Vorbild der Natur.
Die Natur arbeitet oft mit Faserverbundwerkstoffen. Das Bauprinzip der Natur benötigt wenig Material und Energie und sichert damit das Überleben von Tier- und Pflanzenarten. Diese Bionik-Prinzipien können genutzt werden, um biobasierte, nachhaltige Faserverbundwerkstoffe zu gestalten und herzustellen, die derzeit stark nachgefragt werden. Die biobasierten Produkte besitzen vergleichbare Eigenschaften wie die gängigen Glasfaserverbundwerkstoffe. Die DITF entwickeln zusammen mit dem Industriepaten Arburg GmbH + Co KG ein energie- und materialsparendes 3D-Druckverfahrens für diese leichten biobasierten Faserverbundwerkstoffe.
(c) DITF
Bei den Faserbundwerkstoffen (FVW), die in der Natur vorkommen, sind verstärkende Fasern wie zum Beispiel Collagen- oder Cellulose Fibrillen in eine formgebende Matrix aus Lignin, Hemicellulose oder Collagen eingebettet. Die Faserstränge verlaufen dabei belastungsgerecht. Die Verbundgewebe werden hauptsächlich über lösungsbasierte physikochemische Prozesse hergestellt, die bei Umgebungstemperatur ablaufen. Ähnlich der Natur ermöglichen neue 3D-Druckverfahren mit Endlosfaserverstärkung ebenfalls eine belastungsgerechte Ablage des Fasserstrangs an den richtigen Ort (Topologie-Optimierung) und in die geeignete Richtung. Allerdings sind Naturfasern wie Cellulosefasern empfindlich gegenüber höheren Temperaturen. Sie können deshalb nicht im klassischen Thermoplast 3D-Druckprozess verarbeitet werden.
Ergebnis des Forschungsarbeit sind 3D-gedruckte Faserverbundbauteile, die aus Cellulose-Endlosfasern bestehen, die in eine cellulosebasierten Matrix eingebettet sind. Für die Herstellung wurde ein Prozess entwickelt, der einen 3D-Druck bei Umgebungstemperatur möglich macht. Damit können, wie in der Natur, Material und Bauteil gleichzeitig in einem Arbeitsgang bei Umgebungstemperatur hergestellt werden.
Der Cellulosefaserstrang wird zunächst mit einem „Binder“ für die Verarbeitung im Drucker stabilisiert. Der speziell gestaltete Druckkopf wandelt den Binder in eine Matrix um, mit der die Cellulose-Endlosfasern umhüllt werden. Da die Cellulose-Fasern und -die Matrix eine ähnliche chemische Struktur haben, ist das Bauteil sehr stabil. Die mechanischen Eigenschaften wie zum Beispiel die Bruchfestigkeit sind ausgesprochen gut.
Die vom Forschungsteam entwickelte lösungsbasierte und energieeffiziente Herstellungsmethode kann auch bei anderen Fertigungsverfahren für Verbundwerkstoffe zum Einsatz kommen. Sie ist vor allem für die Verarbeitung der stark nachgefragten temperaturempfindlichen Materialien wie Natur- oder Cellulosefasern geeignet.
Das Forschungsprojekt „CellLoes-3D-Druck“ wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Ideenwettbewerbs „Biologisierung der Technik“ gefördert.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Sathis Kumar Selvarayan
Leiter Kompetenzzentrum Polymere & Faserverbunde
T +49(0)711 9340-551
E sathiskumar.selvarayan@ditf.de
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen
Die zukunftsorientierte Gestaltung unseres Wohn- und Lebensraumes erhält eine immer größer werdende Bedeutung. Die weltweite Forschung in den Bereichen Architektur und Bauingenieurwesen leistet hierzu einen wichtigen Beitrag.
Der innovations-report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Nachhaltiges Bauen, innovative Baumaterialien, Bautenschutz, Geotechnik, Gebäudetechnik, Städtebau, Denkmalschutz, Bausoftware und Künstliche Intelligenz im Bauwesen.
Neueste Beiträge
Krebs entschlüsseln: 40 Jahre Durchbrüche in der genetischen Forschung
Krebs bei Kindern und Jugendlichen ist selten. Dennoch gehören bösartige Erkrankungen in dieser Altersgruppe nach wie vor zu den häufigsten Todesursachen. Überlebende einer Krebserkrankung im Kindes- oder Jugendalter erleiden oftmals…
Bekämpfung von Nierenkrebs durch verbesserte Immuntherapien
Forscher des Hollings Cancer Center der Medical University of South Carolina erhalten den Early Career Scholar Award des Verteidigungsministeriums, um Immuntherapien durch die gezielte Behandlung von resistenten Nierentumoren zu verbessern….
Lassen Sie uns vor dem ersten Getränk nachdenken: Wie frühe Substanznutzung zu Unterschieden in der Gehirnstruktur bei Jugendlichen führen könnte
Viele Unterschiede schienen bereits vor jeglichem Substanzkonsum zu bestehen, was auf die Rolle hinweist, die die Gehirnstruktur beim Risiko des Substanzkonsums spielen könnte, wie eine vom NIH unterstützte Studie nahelegt….