Oklopi rakova, školjki, puževa, buba i drugih mekušaca u velikoj su mjeri sastavljeni od hitina. Ovaj otporni prirodni materijal također se nalazi u gljivama. Već kratka šetnja plažom ili šumom dovoljna je da se vidi koliko je hitin prisutan u prirodi. Procjene godišnje proizvedene količine variraju i dosežu do 100 milijardi tona. Tako je hitin, uz celulozu, najčešći biopolimer. Kao nusproizvod iz ribarstva, hitin je povoljno dostupan.
Njegova svojstva također impresioniraju: hitin je krut, otporan na istezanje, praktički netopiv u vodi, a ipak biorazgradiv – i inhibira rast bakterija. Sve to čini sirovinu principijelno zanimljivom za individualno prilagođene additivno proizvedene ortoze za ruke ili prste i druge medicinske proizvode. Međutim, hitin se do sada ne može lako obraditi s etabliranim additivnim proizvodnim procesima. Kako bi to bilo moguće u budućnosti, u istraživačkom projektu „BUTTERFLIES“ akteri iz gospodarstva i znanosti usklađuju materijal i 3D postupak ispisa.
Binder Jetting je osnovno prikladan za hitin
Za obradu hitina osnovno dolazi u obzir takozvani Binder Jetting. U ovom additivnom proizvodnom postupku, pisač se kreće preko sloja praha i dodaje vezivo kap po kap na točno određena mjesta. Infracrveni izvor ubrzava stvrdnjavanje. Tako nastaje komponenta sloj po sloj.
Hitin se također može mljeti u fino brašno. Međutim, za razliku od konvencionalnih plastičnih čestica koje su gotovo okrugle i mogu se ravnomjerno rasporediti poput finog pijeska, čestice hitina su ravne, nepravilne i oštre. Ne mogu se lako ravnomjerno rasporediti. Istraživački tim sa Fraunhofer Instituta za proizvodnu tehnologiju i automatizaciju IPA prilagođava stoga nanošenje praha i vođenje procesa ovom prirodnom materijalu.
U potrazi za najboljom recepturom veziva
Također, vezivo koje pisač koristi tijekom Binder Jettinga potpuno je od biogenog materijala. Hitin se kemijski preoblikuje u hitozan. „Na ovom mjestu otkriven je sukob ciljeva“, kaže Jan Christoph Janhsen, voditelj istraživačkog tima za additivne procese za fotopolimere na Fraunhofer IPA. „S jedne strane, vezivo mora biti dovoljno tekuće da pouzdano prolazi kroz fine mlaznice u pisaču. Samo tako će proces ispisa biti stabilan. S druge strane, viskoznije vezivo najpouzdanije povezuje čestice praha u čvrstu komponentu.“
Kako bi se najbolje zadovoljile obje zahtjeva, Janhsens istraživački tim blisko surađuje s Saveznim institutom za ispitivanje materijala i istraživanje (Empa). Znanstvenici tamo razvijaju hitozansko vezivo koje se zatim testira na Fraunhofer IPA. Njihove rezultate Janhsens istraživački tim dijeli s partnerima iz Empa, nakon čega oni dalje razvijaju svoju recepturu za hitozansko vezivo.
Umjetna inteligencija mogla bi olakšati ovaj proces usklađivanja. Predviđeno je da AI analizira mjernu podatke iz razvoja materijala i procesa, prepoznaje povezanosti između recepture, ispisivosti i svojstava komponenti te iz toga izvodi nove formulacije veziva.
Na Formnextu: Održivost u 3D ispisu
Ali i bez pomoći umjetne inteligencije, već postoje prve formulacije veziva koje se mogu primijeniti s pisačem. Također je hitin prah sada tako obrađen da se može nanositi sloj po sloj. Gotovi 3D-ispisani dijelovi ili čak ortoze još ne postoje, ali prvi probni testovi s hitinom i hitozanom pokazali su da materijal postiže dobru mehaničku povezanost: tanka testna struktura izdržala je opterećenje od oko 1,3 kilograma. Međutim, pokazalo se da se materijal tijekom stvrdnjavanja skuplja, iskrivljuje ili čak stvara pukotine.
Uvid u istraživački projekt BUTTERFLIES pružit će znanstvenici oko Janhsena od 17. do 20. studenog na sajmu Formnext u Frankfurtu na Majni. Na zajedničkom štandu Fraunhofer društva, Fraunhofer IPA pokazuje na nekoliko eksponata kako se additivna proizvodnja može učiniti održivijom: hala 11.0, štand D31.
Kontakt:
