Carapacele crabilor, moluștelor, melcilor, gândacilor și altor crustacee sunt compuse în mare parte din chitin. De asemenea, acest material natural rezistent se găsește și în ciuperci. Chiar și o plimbare scurtă pe plajă sau prin pădure este suficientă pentru a observa cât de frecvent apare chitinul în natură. Estimările privind cantitatea anuală generată variază foarte mult și ajung până la 100 de miliarde de tone. Astfel, chitinul este, alături de celuloză, cel mai frecvent biopolimer. Ca produs rezidual din pescuit, chitinul este disponibil la un preț accesibil.
De asemenea, proprietățile sale sunt convingătoare: chitinul este rigid, rezistent la tracțiune, practic insolubil în apă și totuși biodegradabil – și inhibă creșterea bacteriilor. Toate acestea fac din materie prima un material interesant pentru orteze manuale sau pentru degete fabricate aditiv personalizate și alte produse medicale. Totuși, chitinul nu poate fi procesat cu ușurință folosind metodele de fabricație aditivă deja stabilite. Pentru ca acest lucru să fie posibil în viitor, în cadrul proiectului de cercetare „BUTTERFLIES”, actorii din economie și știință își coordonează materialul și un proces de imprimare 3D.
Binder Jetting este în principiu potrivit pentru chitin
Pentru procesarea chitinului, se ia în considerare în principiu așa-numitul Binder Jetting. În acest proces de fabricație aditivă, un cap de imprimare se deplasează peste un pat de pulbere și aplică liant picătură cu picătură în locuri exact stabilite. Un radiator cu infraroșu accelerează întărirea. Astfel, strat cu strat se formează un component.
De asemenea, chitinul poate fi măcinat într-o pulbere fină. Însă, spre deosebire de particulele de plastic convenționale, care sunt aproape rotunde și se pot distribui uniform, similar cu nisipul fin, particulele de chitin sunt plate, neregulate și ascuțite. Nu se pot nivela uniform fără dificultăți. O echipă de cercetare de la Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia de Producție și Automatizare IPA adaptează, prin urmare, aplicarea pulberii și conducerea procesului la materialul natural.
În căutarea celei mai bune rețete de liant
De asemenea, liantul pe care capul de imprimare îl aplică în timpul Binder Jetting este complet din material biogen. Pentru aceasta, chitinul este transformat chimic în chitosan. „Aici s-a dezvăluit un conflict de obiective”, spune Jan Christoph Janhsen, liderul echipei de cercetare pentru procese aditive pentru fotopolimeri la Fraunhofer IPA. „Pe de o parte, liantul trebuie să fie suficient de fluid pentru a curge fiabil prin duzele fine ale capului de imprimare. Numai așa procesul de imprimare rămâne stabil. Pe de altă parte, un liant vâscos leagă particulele de pulbere cel mai fiabil într-un component rezistent.”
Pentru a satisface cât mai bine ambele cerințe, echipa de cercetare a lui Janhsen colaborează strâns cu Institutul Federal de Testare a Materialelor și Cercetare (Empa). Oamenii de știință de acolo dezvoltă liantul de chitosan, care va fi apoi testat la Fraunhofer IPA. Rezultatele sale sunt împărtășite de echipa de cercetare a lui Janhsen cu partenerii de la Empa, după care aceștia își dezvoltă rețeta pentru liantul de chitosan.
Inteligența artificială ar putea facilita acest proces de coordonare. Se preconizează că o IA va analiza datele de măsurare din dezvoltarea materialului și procesului, va recunoaște corelațiile dintre rețetă, imprimabilitate și proprietățile componentelor și va deriva din acestea noi formulări de liant.
La Formnext: Sustenabilitate în imprimarea 3D
Dar chiar și fără ajutorul unei inteligențe artificiale, există deja primele formulări de liant care pot fi aplicate cu un cap de imprimare. De asemenea, pulberea de chitin este acum procesată astfel încât să poată fi aplicată strat cu strat. Deși nu există încă componente sau chiar orteze imprimate 3D finalizate, primele teste preliminare cu chitin și chitosan au arătat că materialul atinge o bună coeziune mecanică: o structură de test subțire a rezistat unei sarcini de aproximativ 1,3 kilograme. Cu toate acestea, s-a arătat că materialul se contractă, se deformează sau chiar se crăpa în timpul întăririi.
Cercetătorii din proiectul de cercetare BUTTERFLIES, conduși de Janhsen, vor oferi informații între 17 și 20 noiembrie la târgul specializat Formnext din Frankfurt pe Main. La standul comun al Societății Fraunhofer, Fraunhofer IPA va arăta prin mai multe exponate cum poate fi realizată o fabricație aditivă mai sustenabilă: Halle 11.0, Stand D31.
Contact:
