Die verrücktesten Materialien für den 3D-Druck

In den letzten Jahren hat sich die Material-Palette für 3D-Druck stetig weiter entwickelt. Mittlerweile können nicht nur Plastik und Metalle verarbeitet werden, sondern auch Glas, Beton und Keramiken. Im Rahmen der Kreislaufwirtschaft konzentrieren sich immer mehr Materialhersteller auch auf das Recyceln von Abfällen und der erneuten Verarbeitung zu 3D-Druckmaterial. So finden wir recycelte Ozeanabfälle, Industrie-Abfälle und Holz als Filament. Außerdem steigt die Anzahl an unkonventionellen Materialien, die im Zusammenhang mit dem 3D-Druck eher überraschend wirken; darunter Schokolade, Lebensmittelabfälle, Zigarettenstummel und sogar Mondstaub! Wir haben einige dieser außergewöhnlichen Materialien und Anwendungen zusammengefasst und eine Liste erstellt.

Schokolade, das wohl süßeste Material für den 3D-Druck

Dieses 3D-Druckmaterial ist vielleicht nicht so außergewöhnlich wie einige der anderen auf der Liste, aber es gehört sicherlich zu den am häufigsten verwendeten. Das Schokoladen-3D-Druckverfahren ähnelt der FDM-Technologie, hat aber andere Kühleigenschaften als Kunststoff, weshalb der Prozess länger dauert. Die Popularität dieser Technologie hat im Laufe der Jahre zugenommen und viele Unternehmen dazu veranlasst, verschiedene Projekte und sogar Schokoladen-3D-Drucker zu entwickeln, wobei insbesondere die neue Cocoa Press eine große Fangemeinde unter 3D-Druck-Enthusiasten hat. Es gibt eine Reihe von Projekten, die sich mit dem 3D-Druck von Schokolade befassen, darunter Unternehmen wie More Than Shape, das mit dieser Technologie neue Geschmackserlebnisse schaffen will, sowie Forscher, die mithilfe des 3D-Drucks eine noch gesündere Schokolade herstellen wollen. Wären Sie bereit, dieses köstliche 3D-Druckmaterial zu essen?

3D-Druckmaterial aus Asche zur Erinnerung an Ihre Liebsten

Das spanische Unternehmen Narbón widmet sich der Einführung neuer Technologien und Innovationen im Bestattungssektor. Der Service 3DMemories nutzt den 3D-Druck, um aus der Asche, den Haaren, der DNA oder den Skelettresten eines geliebten Menschen originellen, einzigartigen und exklusiven Keramikschmuck herzustellen. Dazu muss das Muster bearbeitet und anschließend mit Porzellan kombiniert werden, bevor der Schmuck im 3D-Druck hergestellt werden kann. Dann wird das Emaille aufgetragen und das Stück wird fixiert. Der Dienst bietet eine Reihe von Produkten für Männer und Frauen an. Zweifellos stellt 3DMemories mit ihrem Schmucksortiment eine außergewöhnliche Art und Weise dar, den geliebten Menschen in Erinnerung zu bewahren.

Bild: Narbón

Komposit mit Leinen

Eine weitere interessante Filamentalternative stellt ein Komposit aus PLA und Leinen dar. Das finden wir beispielsweise im Sortiment des französischen Herstellers Nanovia. Das Unternehmen gibt an, dass das Kompositmaterial nicht nur eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Filamenten darstelle, sondern unter Anwendung verschiedener Druckparameter auch unterschiedliche brauntöne erzielt werden könnten. Dafür muss im Druckprozess lediglich die Drucktemperatur modifiziert werden. Was die Nachbearbeitung betrifft, so empfiehlt der Hersteller die gedruckten Teile mit einer UV-Schutzbehandlung zu versiegeln, damit die gedruckten Stücke möglichst lange schön bleiben

Bild: Nanovia. 

3D-Druck mit Zucker

The Sugar Lab wurde vor fast zehn Jahren von 3D Systems aufgekauft, 2020 ausgegliedert und als 3D-Druckunternehmen für Spezialsüßwaren für den Direktvertrieb neu gegründet. Wie der Name bereits erahnen lässt, spezialisiert sich der Hersteller auf den 3D-Druck mit Zucker. Mithilfe des Brill 3D Culinary Studio (zuvor erhältlich als ChefJet Pro), erstellt das Unternehmen Süßigkeiten und Dekorationen in komplexen Formen. Das in Los Angeles ansässige Unternehmen soll nach eigenen Angaben in der Lage sein, Süßigkeiten in allen Geschmacksrichtungen und Farben herzustellen. Ob für Geburtstage, Hochzeiten oder Weihnachtsfeiern – The Sugar Lab bietet alle Arten von Süßigkeiten aus dem 3D-Drucker an. Und was die Menge betrifft: Der 3D-Drucker scheint in der Lage zu sein mehrere hundert Bonbons pro Tag zu produzieren. The Sugar Lab ist zwar das bekannteste Unternehmen, das Zucker als Druckmaterial verwendet, aber auch andere Unternehmen wie The Modernist Cuisine versuchen sich am 3D-Druck mit Zucker.

3D-Druckmaterial inspiriert von Elfenbein

Unter der Vielzahl von Materialien, die für den 3D-Druck verwendet werden, gibt es einige, die ad hoc entwickelt wurden, um bestimmte Anforderung zu erfüllen und alte Probleme innovativ zu lösen. Ein solches Material ist Digory, das von der Universität Wien in Zusammenarbeit mit der Cubicure GmbH entwickelt wurde, um den Bedarf an der Restaurierung alter Denkmäler und Gegenstände aus Elfenbein zu decken. Es handelt sich um ein Kunstharz mit Calciumphosphatpartikeln und Siliziumoxidpulver. Forscher haben dieses neue Material mit elfenbeinähnlichen Merkmalen und Eigenschaften entwickelt, um Objekte mit dem 3D-Druck bzw. der SLA-Technologie zu restaurieren. Die Ähnlichkeit zwischen den beiden Materialien ist bemerkenswert – es ist kaum ein Unterschied zu erkennen!

Das Digory-Material auf der rechten Seite, das dem Elfenbein auf der linken Seite sehr ähnlich ist. (Bild: Technische Universität Wien)

Diamanten

Es mag für viele überraschend sein, dass es tatsächlich möglich ist, eines der härtesten Materialien der Erde, nämlich den Diamant, in 3D zu drucken. Im Jahr 2019 gab Sandvik Additive Manufacturing bekannt, dass es den ersten 3D-gedruckten Diamantverbundwerkstoff entwickelt hat. Obwohl das Material nicht funkelt, würde es Herstellern dennoch ermöglichen, mit diesem superharten Material 3D zu drucken, was insbesondere die Werkzeugindustrie revolutionieren würde. Diamant wird in vielen unterschiedlichen Branchen wie dem Bergbau bis hin zur maschinellen Bearbeitung sowie für medizinische Implantate vor allem wegen seiner verschleißfesten Eigenschaften eingesetzt, ist jedoch schwer bearbeitbar. Mit diesem Durchbruch bei den Verbundwerkstoffen ist es Sandvik zufolge nun möglich, das Material in hochkomplexen Formen zu drucken, weshalb das Unternehmen große Hoffnungen in das Produkt hat.

Weltraummaterialien

Mondregolith, der graue Staub, der auf dem Mond reichlich vorhanden ist, wird immer häufiger für den 3D-Druck erforscht. In einer Studie der University of Central Florida wurden 3D-gedruckte Ziegel aus Mondregolith und Salzwasser entwickelt, die sich für den Bau von Stützpunkten im Artemis-Basislager eignen könnten. So führten die Forscher verschiedene Tests durch, um zu prüfen, ob diese Ziegel sich für den Bau von Wohnhäusern im Weltraum eignen. Bei der Herstellung kam das Binder Jetting-Verfahren zum Einsatz, das besonders für keramikähnliche Materialien von Vorteil ist. Zusammen mit einem Bindemittel aus Salzwasser sowie dem Regolith aus dem Exolith Labor der UVF wurden die Ziegel dann gedruckt. Trotz des theoretischen Charakters des Projekts zeigen die Ergebnisse, dass die 3D-gedruckten Ziegel extremen Bedingungen standhalten können. Ein weiteres Beispiel ist das Projekt der ESA und NASA im Rahmen eines Artemis-Programms untersuchte, ob Weltraummaterialien wie Regolith zur Herstellung von Bausteinen geeignet sind, um aus diesen anschließend Lebensräume, Startrampen oder Stützstrukturen zu entwickeln. Darüber hinaus verfolgten die LEGO-Steine aus Regolith ein pädagogisches Ziel: Sie sollen Kinder für den Weltraum und das Bauen begeistern. 15 dieser Bausteine wurden deshalb in LEGO-Stores weltweit verkauft. Obwohl der 3D-Druck mit Mondstaub häufig eher hypothetisch bleibt und noch selten angewendet wird, könnte sich das in naher Zukunft ändern.

(Bild: LEGO Group)

Wolle

Wolle, die in der Textilindustrie wegen ihrer Feinheit nicht genutzt werden kann, landet normalerweise im Abfall. Das Projekt der niederländischen Designerin Christien Meindertsma in Zusammenarbeit mit dem TFT-Unternehmen setzt dem jedoch ein Ende. Ein maßgeschneiderter Roboterarm namens FLOCKS Wobot trägt diese Wolle Schicht für Schicht auf, ähnlich wie bei der additiven Fertigung, und formt unterschiedliche Gegenstände, ohne zusätzliche Materialien oder Wasser zu verwenden. Dieses innovative Projekt ist ein wichtiger Beitrag zur Kreislaufwirtschaft und bietet enormes Potential, denn die Wolle ist recyclebar, biologisch abbaubar sowie isolierend. Zukünftige Anwendungen könnten in den Bereichen Akustik, Isolierung, Design und Möbelbau liegen. Auch das urbane Labor von Dylan, d-house, erforscht den 3D-Druck mit Merinowolle. Gemeinsam mit The Woolmark Company und Stratasys wurde das Projekt „Knitting the Future“ ins Leben gerufen, an dem auch Studenten des Royal College of Art in London beteiligt sind, die 3D-gedruckte Designs aus Strickwolle entwickeln möchten. Die Designer sind von der Wolle besonders begeistert, da sie vielfältige Farbvariationen, Farbverläufe und Schimmereffekte ermöglicht und gleichzeitig weniger Abfall produziert.

(Bild: TFT Tools for Technology, Sara Alvarez, Bart Harteloh, Doosan Robotics, Dormac Cobots, Martin Oosthoek, De Wassum, Havivank, Gelderland, Rotterdam Circulair, Lisa Hardon, Creative Industries Fund NL et Stichting DOEN.)

Lebensmittel – und Lebensmittelproduktionsabfälle

Es gibt mittlerweile zahlreiche Materialien, die auf Basis von Essensresten oder Abfall aus der Lebensmittelproduktion hergestellt werden. Ein Beispiel sind Orangenschalen. Das italienische Designstudio Krill Design etwa stellt 3D-gedruckte Lampen auf Basis von getrockneten Orangenschalen her, welche zu Pulver gemahlen werden und als Biomaterial per 3D-Druck verarbeitet werden. Ein ähnliches Projekt ist die von WASP und dem Architekten Carlo Ratti entwickelte Maschine “Feel the Peel”. Diese ist einerseits Saftbar, indem sie Orangensaft presst, gleichzeitig aber auch 3D-Drucker, denn die Orangenschalen werden gesammelt, getrocknet, mit PLA vermengt und bilden das Ausgangsmaterial für 3D-gedruckte Becher. Abfälle von Zitrusfrüchten sind nicht die einzigen Rohstoffe, die mittlerweile zu 3D-Druckmaterialien werden. Im Cacao Eco Village wurden so Kakaobohnen- und Abfälle verwendet, um 3D-gedruckte Gebäude herzustellen, indem die Schalen der Kakaofrüchte zu Bioplastik verarbeitet wurden. Des Weiteren finden wir Filamente von einigen Herstellern, welche auf Austern-oder Muschelabfällen basieren. Smartmaterials führt ein solches biologisches Druckmaterial und auch der französische Filamenthersteller Francofil vertreibt PLA mit Resten von Miesmuscheln, Jakobsmuscheln oder Austern. Neben den Muschelresten führt Francofil auch ein Filament aus Bierresten, bei dem das Braunebenprodukt mit PLA zum neuen Druckmaterial wird. Diese Beispiele geben einen Einblick, wie Abfälle aus der Lebensmittelproduktion zu 3D-Druckmaterialien verarbeitet werden. Im Rahmen der Kreislaufwirtschaft und des Trends zum “Upcycling” finden wir aber zahlreiche solcher innovativen Ansätze.

Kaffee

Kaffee gehört zu den am meisten konsumierten Getränken der Welt. Schätzungen zufolge werden täglich weltweit 2,5 Milliarden Tassen Kaffee getrunken. Stellen Sie sich also vor, dass man diesen Konsum nutzen könnte, um Material für den 3D-Druck zu entwerfen? In der Tat haben sich in letzter Zeit mehrere Initiativen entwickelt, die darauf abzielen, den Kaffeesatz, d. h. die Rückstände des Brühvorgangs, zu recyceln und ihm eine Polymerbasis hinzuzufügen: So erhält man ein Material, das für den 3D-Druck bereit ist, in den meisten Fällen ein Filament. Zu diesen Initiativen gehört Lowpoly, das aus dem Kaffeesatz 3D-gedruckte Möbel für ein Café entworfen hat. Weitere Beispiele sind die University of Colorado oder Krill Design, die Liste ist nicht vollständig.

Organische 3D-Druckmaterialien

Wenn Sie an Algen oder Pilze denken, kommt Ihnen wahrscheinlich nicht sofort die additive Fertigung in den Sinn. In den letzten Jahren haben wir jedoch gesehen, dass diese organischen Materialien in verschiedenen Projekten für den 3D-Druck verwendet werden. Pilze, genauer gesagt Pilzmyzel, werden aufgrund ihrer Umweltfreundlichkeit als Baumaterial erforscht, aber auch für Anwendungen wie Innenarchitektur, Konsumgüter und sogar im Gesundheitswesen. Inzwischen werden Algen für alles Mögliche verwendet, von 3D-gedruckten organischen Fliesen bis hin zu nachhaltigerer Medizin. Und nicht nur das: Algentinte wird entwickelt, um nahrhafte Lebensmittel, darunter auch kultiviertes Fleisch, herzustellen. Beides sind unglaubliche Beispiele dafür, wie die additive Fertigung zu einem noch grüneren Prozess werden kann.

Links: 3D-gedrucktes Myzel (Bild: WASP); rechts: mit 3D-gedruckten Algen hergestellte Kacheln (Bild: bioMATTERS)

Zigarettenstummel

Ja, Sie haben richtig gelesen: Zigarettenstummel könnten das 3D-Druckmaterial der Zukunft werden. Eine Initiative, die unserem Planeten gut tun würde. Denn das Ziel ist es, alle Zigarettenstummel, die täglich in die Natur geworfen werden, wiederzuverwenden. Sie wissen, wie schädlich Zigarettenstummel für unsere Umwelt sind. Ein einziger Stummel verschmutzt bis zu 500 Liter Wasser oder einen Kubikmeter Schnee! Stellen Sie sich das also auf globaler Ebene vor. Um dagegen anzukämpfen, wurde Filaret3D gegründet: Es handelt sich um ein Unternehmen, das Zigarettenstummel sammelt und sie in neue Materialien umwandelt, sei es Papier oder Filament für den 3D-Druck. Dieses entfernt den Filter der Zigaretten ab, entgiftet und wäscht ihn, bevor sie Polymere und andere Zusatzstoffe hinzufügt. All das wird zu Granulat und dann zu Filament verarbeitet.

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