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Bio-3D-Druck Biopolymer Chitin – Tierpanzer werden zu Medizinprodukten

Quelle: Fraunhofer IPA 3 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
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Die Panzer von Krabben, Muscheln, Schnecken, Käfern und anderen Schalentieren bestehen vor allem aus Chitin. Erfahren Sie hier, was Forscher vom Fraunhofer IPA damit additiv fertigen ...

Insekten, wie dieser Käfer, sind nur ein Teil der Lebewesen, die aus Chitin aufgebaut sind. Es entstehen jährlich auch Unmengen davon in der Natur. Das strapazierfähige Biomaterial ist also günstig zu haben. Es bietet sich auch für die additive Fertigung an, wie Forscher beweisen wollen ...(Bild: KI-generiert)
Insekten, wie dieser Käfer, sind nur ein Teil der Lebewesen, die aus Chitin aufgebaut sind. Es entstehen jährlich auch Unmengen davon in der Natur. Das strapazierfähige Biomaterial ist also günstig zu haben. Es bietet sich auch für die additive Fertigung an, wie Forscher beweisen wollen ...
(Bild: KI-generiert)

Nicht nur in den Exoskeletten von Tieren kommt Chitin vor! Auch in Pilzen ist das natürliche Baumaterial zu finden. Schätzungen zur jährlich entstehenden Menge an Chitin gehen aber weit auseinander. Es könnte sein, dass es sich um rund 100 Milliarden Tonnen handelt, sagen die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) aus Stuttgart. Damit ist Chitin mit der Cellulose das am häufigsten vorkommende Biopolymer. Als Reststoff aus der Fischerei ist Chitin es auch noch ziemlich günstig verfügbar. Auch seine Eigenschaften können sich sehen lassen. Denn Chitin ist steif, zugfest, praktisch nicht wasserlöslich und dennoch biologisch abbaubar – und es hemmt das Wachstum von Bakterien. All das macht den Rohstoff prinzipiell für individuell angepasste additiv gefertigte Hand- oder Fingerorthesen und andere Medizinprodukte attraktiv, so das IPA. Doch es lässt sich mit etablierten additiven Fertigungsverfahren bisher nicht ohne Weiteres verarbeiten. Das soll sich im Rahmen des Forschungsprojekts Butterflies aber ändern. Wer sich dafür interessiert, der kann das auf der kommenden Formnext in Frankfurt am Main erleben.

Beim 3D-Druck von Chitin gibt es Hürden zu nehmen

Für die Verarbeitung von Chitin kommt grundsätzlich das sogenannte Binder Jetting in Frage, wie die Forscher herausgefunden haben. Bei dieser Art des 3D-Drucks fährt der Druckkopf über ein Pulverbett und appliziert an genau festgelegten Stellen tröpfchenweise den Binder. Ein Infrarotstrahler beschleunigt das Aushärten desselben. Schicht für Schicht entsteht so ein Bauteil, wie es für den 3D-Druck eben typisch ist. Und auch Chitin lässt sich zu einem feinen Pulver mahlen. Doch anders als üblich Kunststoffpartikel, die annähernd rund sind und sich ähnlich wie feiner Sand gleichmäßig verteilen lassen, sind Chitinpartikel flach, unregelmäßig und scharfkantig. Deshalb machten sie beim Abstreifen der Pulverbett-Oberfläche vor jedem Härtungszyklus – dem sogenannten Rakeln –. Probleme. Das Team vom IPA passt deshalb sowohl den Pulverauftrag als auch die Prozessführung an das Naturmaterial an. Auch der Binder besteht übrigens komplett aus biogenem Material. Dafür wird Chitin chemisch umgeformt – zu Chitosan. An dieser Stelle habe sich aber ein Zielkonflikt offenbart: Einerseits muss der Binder dünnflüssig genug sein, damit er zuverlässig durch die feinen Düsen im Druckkopf fließen kann. Denn nur so laufe der Druckprozess stabil ab. Andererseits verbindet zähflüssigerer Binder die Chitinpulverpartikel am zuverlässigsten zu einem belastbaren Bauteil.

Am Fraunhofer IPA wird untersucht, wie man das günstige und stabile Biopolymer Chitin am besten additiv verarbeiten kann. Das Binder Jetting scheint dafür genau richtig zu sein. Doch zuvor müssen das Chitinpulver und der Binder dafür angepasst werden. Erste Ergebnisse machen aber Mut.(Bild: Fraunhofer IPA / R. Renz)
Am Fraunhofer IPA wird untersucht, wie man das günstige und stabile Biopolymer Chitin am besten additiv verarbeiten kann. Das Binder Jetting scheint dafür genau richtig zu sein. Doch zuvor müssen das Chitinpulver und der Binder dafür angepasst werden. Erste Ergebnisse machen aber Mut.
(Bild: Fraunhofer IPA / R. Renz)

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