Umwandlung von Pflanzenölen in biobasierte Harze für den 3D-Druck

Julius Adeyera, ein Fertigungsingenieur und Forscher an der Georgia Southern University, wandelt Pflanzenöle in biobasierte Harze für den 3D-Druck um und versucht so, die Herausforderungen der Nachhaltigkeit zu bewältigen. Adeyera hat einen Weg gefunden, Materialien herzustellen, die genauso effektiv sind wie herkömmliche erdölbasierte Materialien, aber weniger umweltschädlich.

Die innovativen Harze werden aus pflanzlichen Ölen wie Sojabohnen, Leinöl und Tungöl hergestellt, die mit handelsüblichen 3D-Druckern kompatibel sind, die mit einer Wellenlänge von 405 nm arbeiten. Dies ist ein wichtiger Schritt in der Entwicklung biobasierter Materialien, die die für industrielle Anwendungen erforderlichen mechanischen Eigenschaften und die Haltbarkeit erfüllen können. „Es geht nicht nur um die Entwicklung umweltfreundlicherer Materialien, sondern um die Entwicklung einer nachhaltigen Lösung, die genauso gut oder sogar besser ist als herkömmliche Harze“, so Adeyera.

In der Medizin und in der Automobilindustrie können diese biobasierten Harze anstelle von erdölbasierten Harzen verwendet werden, wenn hohe thermische und mechanische Eigenschaften erforderlich sind. Was diese Materialien so besonders macht, ist die Fähigkeit, dicht vernetzte Polymermatrizen zu bilden – eine Eigenschaft, die für außergewöhnliche Steifigkeit, geringere Schrumpfung und Hitzebeständigkeit sorgt.

Im Mittelpunkt der Forschung steht die chemische Umwandlung von Pflanzenölen in Acrylate, die dann mit UV-Licht polymerisiert werden können. Nach der Bestrahlung mit UV-Licht nehmen diese Moleküle bestimmte Formen an, die die für bestimmte Anwendungen erforderlichen Eigenschaften aufweisen.

Zu den wichtigsten Errungenschaften von Julius Adeyera gehört die von ihm mitverfasste Arbeit über die Anpassung von Tungöl für den Binderjet-3D-Druck. Durch die chemische Veränderung der Aushärtungs- und Bindungseigenschaften von Tungöl haben er und eine Gruppe von Forschern ein Material entwickelt, das synthetische Bindemittel ersetzen kann. Dieses Projekt zeigt auch, wie Pflanzenöle in verschiedenen AM-Techniken eingesetzt werden können und wie sie erdölbasierte Materialien ersetzen können. Die Forschung wird von der National Science Foundation (NSF) finanziert.

Anhand des Nachweises, wie Öle aus Gemüse aus erneuerbaren Ressourcen zu technischen Materialien verarbeitet werden können, lässt sich leicht ein Fahrplan erkennen, wie die verarbeitende Industrie nachhaltiger werden kann, ohne die Qualität zu beeinträchtigen. Auch Branchen – außerhalb des 3D-Drucks –, die langlebige und hochwirksame Materialien benötigen, können sich bei der Bewertung ihrer Lieferketten von der Forschung inspirieren lassen.

„Viele glaubten, dass biobasierte Materialien den Anforderungen der modernen Fertigung nicht gerecht werden können“, so Adeyera. „Wir haben bewiesen, dass das nicht mehr stimmt, und mit mehreren verwandten Projekten, die zur Veröffentlichung anstehen, werden unsere Beiträge zur Materialwissenschaft die Möglichkeiten biobasierter Innovationen neu definieren.“