Forscher entwickeln Leder Alternative für den 3D-Druck

Der Einsatz des 3D-Drucks bietet für jede Branche unterschiedliche Vorteile. Die Möglichkeit im 3D-Druckverfahren komplexe Geometrien mit einer Vielzahl an Materialien anfertigen zu können, ist unter anderem für Künstler und Designer von großer Relevanz. Dabei scheint es oft so, als wäre der Kreativität durch die Technologie keine Grenzen mehr gesetzt. Auch in der Modebranche scheinen additive Fertigungsverfahren an Bedeutung zu gewinnen. Weil man auch innerhalb dieser verstärkt ein Zeichen für ethische Produktionsweisen sowie den Klimaschutz setzen will, steigt das Interesse an Material Alternativen sowie umweltfreundlichen Herstellungsverfahren. So eignet sich der 3D-Druck beispielsweise optimal zur Rekonstruierung natürlicher Muster oder Formen, was sich in die Bionik ableiten lässt. Forscher der Tufts University nutzen den 3D-Druck beispielsweise, um tierfreie Produkte aus einer Leder Alternative herzustellen, welche nicht nur optisch sondern auch mechanisch an echtes Leder erinnern sollen. So hat das Team bereits eine Geldbörse aus dem Material gefertigt.

Könnte Gerben bald der Vergangenheit angehören?

Die Art und Weise wie Leder hergestellt wird, bereitet nicht nur Tierschützern Kopfschmerzen. Es sind vor allem auch die schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt sowie die zum Teil katastrophalen Arbeitsbedingungen, welche sowohl Konsumenten als auch Modelabels dazu veranlassen, nach Alternativen zu suchen. Beim Gerben, der Prozess welcher die Tierhaut haltbar macht, werden Chemikalien verwendet, welche nicht nur für uns Menschen, sondern auch für die Flora und Fauna bedenklich sind. Zu den bedeutendsten Exportländern von Lederwaren zählen China, Indien oder Bangladesch. Länder in welchen es keine gesetzlichen Regelungen beim Einsatz von hochgiftigen Chemikalien wie Chromsalzen (Chrom VI ist in Deutschland verboten) und auch keine Umweltauflagen bezüglich der dadurch entstehenden Verunreinigung der Abwässer gibt. Die Wissenschaftler der Tufts University wollen deshalb ein sogenanntes Seidenfibroin entwickeln, dass umweltschonend produziert werden kann. 

Seidenkokons der Seidenraupe Bombyx mori (Japan) wurden zur Herstellung der Lederalternative verwendet. (Bild: Tufts University)

Zwar gibt es schon einige vegane Lederalternativen wie Ananasleder, Kork oder Kunstleder auf dem Markt welche sich optisch kaum von echtem Leder unterscheiden, bei den mechanischen Eigenschaften stellt man jedoch schnell fest, dass es schwierig ist die Haltbarkeit und Flexibilität, durch welche sich echtes Leder nunmal auszeichnet, zu imitieren. Das Forscher Team der Tufts University will genau diese mechanischen Eigenschaften des Leders in einem lederähnlichen Material aus Seide beibehalten. Das Team hat einen Weg gefunden, das natürliche Material so aufzubereiten, dass es widerstandsfähiger und reißfester wird. Fiorenzo Omenetto, einer der Co-Autoren der Studie, erklärt dazu: „Unsere Forschung konzentriert sich auf die Verwendung von natürlich gewonnenen Materialien, welche den Einsatz von giftigen Chemikalien minimieren und gleichzeitig die Materialeigenschaften beibehalten, um Alternativen für Produkte zu bieten, die heute allgemein und häufig verwendet werden.“ 

Aufbereitung zur Extrudierbarkeit 

Damit das Material am Ende aussieht wie Leder und im 3D-Druck zu Produkten geformt werden kann, gilt es eine schlammartige Masse bestehend aus Seidenfasern mit einem Weichmacher sowie einem pflanzlichen Gummiverdicker zu vermischen. Die notwendige Festigkeit erhält der Stoff durch Chitosan, ein Zucker, der beispielsweise für die Härte in Exoskeletten von Schalentieren verantwortlich ist. In der Herstellung werden nur milde Chemikalien beigefügt, welche in einer Standard-Laborumgebung eingesetzt werden können. Somit erzielen die Wissenschaftler, dass die Lederalternative nicht nur aus einer nachhaltigen Quelle gewonnen wird, sondern sogar anschließend vollständig biologisch abbaubar ist. 

(Bild: Tufts University)

Strukturgrößen von 0,25 bis 5 Millimeter

Mit einer Strukturgröße von 0,25 mm bis 5 mm soll das Material sich zum Druck von beliebigen Geometrien eignen und mit einigen Abänderung auch unterschiedliche Flexibilitäten und Opazitäten erzielen. Zur Fertigung von Produkten wird bisher ein speziell angefertigter pneumatischen Extrusions-3D-Drucker verwendet. Dieser besteht aus einem 3-Achsen-CNC-Portal, einem 1m x 1m großen Druckbett und einem Nordson EFD ValveMate Dosierventil-Controller. An der Tufts University zeigt man sich optimistisch, dem Ziel einer nachhaltigen Lederalternative näher zu kommen, die Weiterentwicklung des Verfahrens sowie die Herstellung weiterer Produkte ist bereits geplant. 

Es können Geometrien mit einer Strukturgröße von 0.25 – 0.50 mm erzielt werden. (Bild: Tufts University)

Mehr Informationen zum Vorhaben finden Sie HIER. Würden Sie zur Lederalternative greifen? Lassen Sie uns dazu gerne einen Kommentar da oder teilen Sie uns Ihre Meinung auf Facebook, Twitter, LinkedIN oder Xing mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.