Faszination Technik Insekten-inspirierter Kleber für den Holz-3D-Druck

In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: wie aus Insektenspeichel von Hornissen oder der Seide von Köcherfliegenlarven ein 3D-Druck-Harz für das Binder-Jetting mit Holzpulver identifiziert werden kann.

Bereits heute gibt es die Möglichkeit, biobasierte (Produktions-)Restströme wie forstwirtschaftliche Abfälle als Rohstoff für den 3D-Druck einzusetzen. Jedoch gelingt das nur durch die Zugabe nicht biologisch abbaubarer Bindemittel oder thermoplastischer Kunststoffe. Solche Naturstoffkomposite mit nur einer Naturstoffkomponente – zum Beispiel erdölbasierte Polymere verstärkt mit Naturfasern – haben aufgrund der erzielten Gewichts- und Kosteneinsparungen bereits eine weite Verbreitung als Leichtbauwerkstoffe im Automobilinnenraum gefunden. Allerdings sind diese Materialien nicht kreislauffähig. Polymermatrix und Naturfasern müssten für eine effektive Rückführung in den Kreislauf voneinander getrennt werden. Ein Holzklebstoff, mit dem aus Holz nachhaltige, biologisch abbaubare Objekte gedruckt werden können, fehlt bisher.

Insekten als natürliches Vorbild für den Klebstoff

Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und des Institutsteils Bioressourcen im Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME arbeiten jetzt an einem Holzklebstoff, der unter anderem aus Enzymen oder biologischen Klebemolekülen besteht. Die dafür in Frage kommenden Proteine sollen im Speichel von Hornissen und der Seide von Köcherfliegenlarven identifiziert und anschließend biotechnologisch hergestellt werden.

Insekten wie Hornissen können mit ihrem Speichel abgefressene Partikel unterschiedlicher Hölzer zu einem papierartigen Material verarbeiten. Dieses Material nutzen sie für den Bau komplexer Wabennester. Obwohl diese sehr leicht sind, verfügen diese Wabennester über eine große Stabilität und Witterungsbeständigkeit.

Zusätzlich soll die klebrige Seide der Köcherfliegenlarven untersucht werden. Mit ihrer Seide verkleben die Fliegenlarven zum Beispiel Pflanzenteile, Blätter, kleine Zweige, Steine oder Schalen von Schnecken, um so ihren wasserfesten und schützenden Köcher zu bauen.

Holz-Komposit umwelt- und ressourcenschonend 3D-drucken

Die im Labor hergestellten Proteine will das Forschungsteam zu einer Klebstoffsuspension verarbeiten. Das Stoffgemisch wird aus den isolierten Enzymen und Klebemolekülen sowie einem flüssigen Medium bestehen, das der Zusammensetzung des Insektenspeichels ähnelt. Gleichzeitig soll diese Suspension bestimmte Fließeigenschaften erfüllen, um sie mittels Binder Jetting verarbeiten zu können. Bei diesem 3D-Druck-Verfahren wird die Klebstoffsuspension über einen Druckkopf in kleinen Tropfen schichtweise in ein Holzpulver eingebracht. So werden Schichten von Holzpulver mit der Klebesuspension miteinander verbunden. Weil das auf diese Weise gedruckte dreidimensionale Bauteil nur aus biogenen Rohstoffen besteht und frei von chemischen Bindern oder Harzen wie Formaldehyd oder Resorzin ist, können die gedruckten Produkte am Ende ihrer Nutzung dem biologischen Kreislauf vollständig zugeführt werden.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal konstruktionspraxis erschienen.

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