3D-Druck aus Papier

Forschungsprojekt an der Technischen Universität Hamburg will Kunststoffeinsatz reduzieren

09.12.2022

Was haben Eierkartons und nachhaltiger 3D-Druck gemeinsam? An der Technischen Universität Hamburg (TUHH) forschen Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann und sein Team im Rahmen des Projekts „Green 3D Printing“ an der Frage, wie die Herstellung von Prototypen und Anschauungsmodellen nachhaltiger werden kann. Denn Prototypen und Anschauungsmodelle werden oft via 3D-Druck hergestellt, zum Drucken werden verschiedene Kunststoffe verwendet. Da Prototypen jedoch meist nur wenige Male benutzt und anschließend entsorgt werden, entsteht so Kunststoff-Abfall. Die Forschenden der TUHH nehmen eine besondere Alternative in den Blick: Sie setzen auf ressourcenschonende Papierfaserwerkstoffe – also Pappmaschee – woraus zum Beispiel auch Eierkartons hergestellt werden. Diese sollen als Material für 3D-Drucke genutzt werden. Ziel des Projekts ist es, einen Anlagenprototyp für den nachhaltigen Druck mit Papierfaserwerkstoffen zu entwickeln. „Green 3D Printing“ wird mit Geldern des Förderprogramms „Calls for Transfer“ der Wissenschaftsbehörde gefördert. 

Wissenschaftssenatorin Katharina Fegebank: „„Green 3D-Printing“, das ist Forschung zum Anfassen, die einen echten Unterschied macht. Denn 3D-Druck gewinnt stetig an Relevanz in der Wissenschaft, aber auch in der Industrie und Kunst. Der Nachhaltigkeitsaspekt muss in all diesen Feldern mitgedacht werden und ein umweltfreundlicher, plastikfreier 3D-Druck wird das an vielen Stellen erleichtern. Ich freue mich sehr, dass wir mit unserem Calls for Transfer-Programm so ein zukunftsweisendes Projekt fördern.“

Präsident der TUHH, Prof. Dr. Andreas Timm-Giel: „Wir freuen uns, dass wir mit dem von uns initiierten Programm „Calls for Transfer“ wieder eine Reihe von innovativen Projekten unterstützen können; ganz besonders über das TU-Projekt „Green 3D Printing“ der TU Hamburg. Dieses Projekt ist ein eindrucksvolles Beispiel, wie Ingenieurslösungen den Ressourcenverbrauch signifikant reduzieren können und uns in eine nachhaltigere Zukunft führen können. Konkret werden hier die Nutzung von Papierfaserverbundwerkstoffen für den 3D-Druck erprobt. So kann eine nachhaltige Alternative für die kunststoffbasierte Fertigung von Prototypen und Anschauungsmodellen geschaffen werden. Ziel des Vorhabens ist nun die Entwicklung eines Anlagenprototypens zur Evaluierung der technischen und wirtschaftlichen Eignung.“

Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann, Institut für Laser- und Anlagensystemtechnik: „Als mein Forschungsteam und ich als internationaler Pionier für den industriellen Metall 3D-Druck seit 2014 (Innovationspreis der deutschen Wirtschaft 2014, Kreis der Besten für den Zukunftspreis des Bundespräsidenten 2015, Hamburger des Jahres 2016) mehrfach ausgezeichnet wurden, stand die nachhaltig bionische (naturnachgeahmte) Umkonstruktion und die digital smarte und qualitativ höchstwertige 3D-Produktion zukünftiger Funktionsbauteile mit weniger Ressourceneinsatz durch weniger Material, Betriebsstoffe und Produktionsaufwand im Vordergrund. Wir sind stolz darauf, nun auch für die Prototypenherstellung durch 3D-Druck Papierfaserstoffe als nachhaltigstes Material pionierhaft erforscht und patentiert zu haben.“

Calls for Transfer Projekt-Team: „Als Team hinter dem Förderprogramm dürfen wir unzählige Ideen, die in der Hamburger Wissenschaftslandschaft heranreifen, beim Wachsen unterstützen. Das Projekt von Professor Emmelmann zeigt dabei beispielhaft, worauf es bei Innovationen im Ideen-, Wissens- und Technologietransfer ankommt: Die direkte und praktische Anwendbarkeit einer Neuheit, die unsere Zukunft nicht nur einfacher, sondern auch nachhaltiger gestaltet. Dieses massive Potenzial findet sich in Hamburg in jedem Forschungsfeld: Von der Anlagensystemtechnik bis hin zur Musikwissenschaft. Durch „Calls for Transfer“ haben wir also die Möglichkeit, Innovationen für unsere Zukunft aus allen wissenschaftlichen Disziplinen schnell und einfach zu erproben und schlussendlich anzuwenden – das ist einmalig.“

Über Calls for Transfer:

Der Ideen-, Wissens- und Technologietransfer ist eine wichtige Aufgabe der Hochschulen in Hamburg und wichtiger Treiber für die Innovationsfähigkeit der Stadt. Mit dem 2018 gestarteten Verbundprojekt „Calls for Transfer“ fördert die Wissenschaftsbehörde (BWFGB) Projekte, um kreativen Lösungen den direkten Weg in die praktische Anwendung zu ebnen. Seitdem konnten durch das von der Hamburg Innovation GmbH koordinierte Förderprogramm insgesamt über 100 hochinnovative Projekte mit jeweils bis zu 30.000 Euro unterstützt und weiterentwickelt werden. Darunter ist auch das Projekt „Green 3D Printing“ von Prof. Dr. Ing. Claus Emmelmann am Institut für Laser und Anlagensystemtechnik (iLAS) der TUHH.

Über das Institut für Laser und Anlagensystemtechnik (iLAS):

Das iLAS ist in der Entwicklung additiver Technologien sowie der Ausbildung von Ingenieuren und Berufsschullehrkräften in der Fachrichtung Metalltechnik engagiert. Ausgestattet mit einer langjährigen Historie in der Lasermaterialbearbeitung erforscht und entwickelt das Institut für Laser- und Anlagensystemtechnik die additiven Fertigungsverfahren weiter. Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Claus Emmelmann steht insbesondere der Technologietransfer in die Industrie im Fokus. Das Institut für Laser- und Anlagensystemtechnik ist in folgenden Bereichen aktiv:

• - Entwicklung bionischer 3D-Drucktechnologien
• - Design und Berechnung multifunktionaler additiver Bauteile
• - Ausbildung von Ingenieuren und Berufsschullehrern in der Fachrichtung Metalltechnik

Über „Green 3D Printing“:

Das Projekt „Green 3D Printing – Ressourcenbewusster 3D-Druck von Papierfaserwerkstoffen“ von Prof. Dr. Claus Emmelmann, Institut für Laser- und Anlagensystemtechnik (iLAS) der TUHH, wird im Rahmen von „Calls for Transfer“ im Förderzeitraum vom 1. Januar 2022 bis zum 30. Juni 2023 mit einer Summe von insgesamt 26.300 € gefördert.

Bis jetzt werden im 3D-Druck überwiegend Kunststoffe wie PLA (synthetisches Polymer) verwendet. Die Idee von „Green 3D-Printing“ ist es, die Verwendung von Papierfaserstoffen, also Pappmaschee, als nachhaltige Alternative möglich zu machen. Dafür werden Papierfasern durch Zugabe von Wasser und Klebstoffen zu einer fließfähigen Masse vermischt, die potentiell mittels 3D-Druck verarbeitet werden kann. Wären diese Klebstoffe biologisch, könnten die gedruckten Produkte sogar im Biomüll entsorgt werden. Ziel des Projekts ist es nun einen Anlagenprototypen sowie eine geeignete Materialmischung zu entwickeln, mit denen nachhaltiger 3D-Druck zu einer echten Alternative wird.

Der 3D-Druck mit Papierfaserstoffen kann sowohl in der Industrie (Prototypen), als auch im Bereich der Endanwender (Lehre, Hobby) Anwendung finden. Außerdem könnten maßgenaue Verpackungen für z. B. Versandartikel produziert werden. Sowohl Prototypen als auch Anschauungsmodelle werden häufig nur wenige Male benutzt und anschließend entsorgt. Ein nachhaltiges Druckmaterial hat also Potential zu einer signifikanten Reduzierung von Plastikmüll. Eine Erfindungsmeldung hat das iLAS bereits eingereicht. Die Beantragung eines Patents wird geprüft.

Rückfragen der Medien

Behörde für Wissenschaft, Forschung, Gleichstellung und Bezirke
Silvie Wemper, Pressestelle
E-Mail: pressestelle@bwfgb.hamburg.de
Internet: www.hamburg.de/bwfgb
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TUHH - Pressestelle
Ruediger Bendlin
E-Mail: bendlin@tuhh.de
Tel.: +49 40 428 78 3330