Neues 3D-gedrucktes Holz als umweltfreundlichere Alternative zur herkömmlichen Fertigung
Wenn wir an Möbel oder Häuser denken, ist das Material, das uns als erstes in den Sinn kommt, unbestreitbar Holz. Die Herstellung von Gegenständen aus Holz ist jedoch umstritten, da sie zur Verschmutzung von Luft, Wasser und Boden beiträgt. Nun könnte es jedoch eine Lösung geben. Forscher der Rice University haben bekannt gegeben, dass sie ein neues Verfahren entwickelt haben, mit dem sich 3D-gedrucktes Holz für nachhaltige Strukturen herstellen lässt, das eine umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen Fertigungsmethoden darstellt.
Aber wie verschwenderisch sind unsere derzeitigen Praktiken? Laut einem Bericht der US-Umweltschutzbehörde EPA wurden 2018 schätzungsweise 12,2 Millionen Tonnen Holz auf Mülldeponien entsorgt, wobei die Zahl jedes Jahr steigt. Wenn man bedenkt, dass die Abholzung der Wälder eines der größten Umweltprobleme unserer Zeit ist, da sie mit einer Rate von etwa 10 Millionen Hektar pro Jahr erfolgt und nicht nur einen Verlust an Biodiversität, sondern auch an einer bedeutenden Quelle für die Kohlenstoffbindung verursacht, ist es keine Überraschung, dass nachhaltigere Alternativen entwickelt werden.
Muhammad Rhaman (Mitte) und sein Labor waren federführend bei diesem Projekt für 3D-gedrucktes Holz
Muhammad Rahman, Assistenzprofessor für Materialwissenschaft und Nanotechnologie an der Rice University, erklärt: „Die Möglichkeit, eine Holzstruktur direkt aus seinen eigenen natürlichen Bestandteilen herzustellen, schafft die Voraussetzungen für eine umweltfreundlichere und innovativere Zukunft. Sie läutet eine neue Ära des nachhaltigen 3D-gedruckten Holzbaus ein.“
Herstellung des 3D-gedruckten Holzes
Zum Verfahren selbst heißt es in einer Pressemitteilung der Rice University, dass die Forscher zunächst eine zusatzstofffreie, wasserbasierte Tinte aus Lignin und Zellulose, den Bausteinen von Holz, entwickelt haben. Mit dieser Tinte konnten dann diese komplexen 3D-gedruckten Holzstrukturen durch Direct-Ink-Writing erzeugt werden. Dabei handelt es sich um ein auf Extrusion basierendes Verfahren, das häufig für mikroskalige Anwendungen verwendet wird und bei dem die Tinte aus kleinen Düsen mit kontrollierten Durchflussraten auf speziell definierte Pfade aufgetragen wird.
In der Tat war die Fähigkeit zur mikroskaligen Produktion einer der wichtigsten Punkte des Verfahrens. „Im Gegensatz zu früheren Versuchen werden bei dieser Methode ausschließlich Holzkomponenten im Nanomaßstab für den 3D-Druck verwendet, was einen bedeutenden Fortschritt auf diesem Gebiet darstellt“, so Pulickel Ajayan, Benjamin M. und Mary Greenwood Anderson, Professor für Ingenieurwissenschaften sowie Professor und Lehrstuhlinhaber für Materialwissenschaft und Nanotechnik.
Eine schematische Darstellung des 3D-Druckverfahrens für Holz sowie einige Beispiele für mikroskalige Teile
Wie nicht anders zu erwarten, spielte die Tinte selbst eine zentrale Rolle in diesem Prozess. Um sie herzustellen, optimierten die Forscher die Zusammensetzung der Tinte, indem sie das Verhältnis von Lignin, Zellulose-Nanofasern und Nanokristallen anpassten. Dies geschah, um das natürliche Lignin-Zellulose-Gleichgewicht zu erhalten. Laut Amit Naskar, einem Projektmitarbeiter und leitenden Mitarbeiter für Forschung und Entwicklung am Oak Ridge National Laboratory, ist das Besondere an diesem Verfahren, dass Lignin zwar eines der am häufigsten vorkommenden Biopolymere der Erde ist, aber im Bereich der Industrie nicht geschätzt wird. Daher sind diese Holzbestandteile nicht nur echtem Holz extrem ähnlich, wie Tests ergaben, die zeigten, dass das Teil natürlichem Holz in Textur, Geruch und Festigkeit glich, sondern dieses Verfahren könnte es Industrien wie der Papierindustrie ermöglichen, ein gängiges Abfallprodukt effektiv zu recyceln.
Die 3D-gedruckten Holzkomponenten wurden außerdem in mechanischen Tests auf ihre Druck- und Biegefestigkeit geprüft, was angesichts der Verwendung von Holz für Möbel und im Bauwesen von entscheidender Bedeutung ist. Die Ergebnisse waren vielversprechend und zeigten, dass das 3D-gedruckte Holz sogar das in der Holzbearbeitung weit verbreitete Balsaholz übertreffen konnte. Weitere Informationen finden Sie in der veröffentlichten Studie HIER.
Was halten Sie von dieser neuen Methode zur Herstellung von 3D-gedrucktem Holz? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder LinkedIN 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.
*Bildnachweise: Gustavo Raskosky/Rice University
