Forschende der Chalmers University in Schweden haben ein biologisch abbaubares Material für den 3D-Druck entwickelt, das aus Backhefe, Zellulosefasern aus Holz, Alginat aus Meeresalgen, pflanzlichem Glycerin und Wasser besteht. Es soll eine Alternative zu Materialien wie Kunststoff, Gips oder synthetischen Textilien bieten und wird aus organischen Rohstoffen sowie industriellen Nebenprodukten hergestellt.
Jeder Bestandteil erfüllt dabei eine bestimmte Funktion: Alginat sorgt für Stabilität während des Druckprozesses, Zellulosefasern verstärken die Struktur und Glycerin wirkt als Weichmacher. Die Hefe hält die Mischung zusammen und verleiht ihr die nötige Viskosität. „Da Hefe aus einzelligen Organismen besteht, erhalten wir ein homogeneres Material mit besser vorhersehbaren Eigenschaften“, erklärt Studienleiterin Malgorzata Zboinska. Zusammen ergeben die fünf Komponenten ein formbares Hydrogel, das sich für den 3D-Druck eignet.
3D-Druck mit Hefe
Das Verfahren ist vergleichsweise einfach: Zunächst wird die Hefe erhitzt und dadurch deaktiviert. Anschließend werden alle Bestandteile zu einer Paste vermischt, in Spritzen gefüllt und bei Raumtemperatur mithilfe eines Roboterarms aufgetragen. Nach dem Druck trocknet das Bauteil und nimmt seine endgültige Form an. „Mit 3D-Druck lassen sich auch anspruchsvolle Formen realisieren, ohne unnötigen Materialverbrauch. Gleichzeitig können wir Form, Oberflächenstruktur und Materialverteilung sehr präzise steuern“, erklärt die Doktorandin Yagmur Bektas.
Bereits kleine Änderungen an der Rezeptur beeinflussen die Eigenschaften des Materials. Je nach Zusammensetzung verändern sich Transparenz, Oberflächenstruktur und Farbe. Die natürliche Farbpalette reicht von Gelb- bis Brauntönen, kann jedoch durch natürliche Pigmente oder farbgebende Hefestämme erweitert werden. Auch Muster und verschiedene Transparenzstufen lassen sich umsetzen, wodurch beeinflusst werden kann, wie Licht durch ein gedrucktes Bauteil dringt.
Anwendungsbereiche für das neue Material
Das Forschungsteam sieht mögliche Einsatzbereiche vor allem bei Elementen der Inneneinrichtung, die heute häufig aus Kunststoff, Gips oder synthetischen Textilien hergestellt werden. Dazu zählen beispielsweise Trennwände, Sonnenschutzlamellen oder Wandverkleidungen. Zboinska denkt jedoch bereits weiter und verweist auf sogenannte „Engineered Living Materials“: „Denkbar wären selbstheilende Materialien oder Materialien, die Schadstoffe aus der Luft filtern und neutralisieren.“
Mit Hefe-Hydrogel gedruckte Bauteile. Die natürliche Farbgebung reicht je nach Zusammensetzung von Gelb- bis Brauntönen.
Die in Frontiers of Architectural Research veröffentlichte Studie befindet sich noch in einem frühen Stadium. Aspekte wie mechanische Festigkeit, Brandverhalten, Feuchtigkeitsbeständigkeit und die industrielle Skalierbarkeit müssen noch untersucht werden. Der Grundgedanke hinter dem Material ist jedoch bewusst gewählt: Es soll biologisch abbaubar sein. „Wir können in kürzeren Lebenszyklen denken und Alterung oder Abbau bewusst in das Design einbeziehen“, fasst Zboinska zusammen.
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*Bild: Malgorzata Zboinska / Chalmers University of Technology