Oklepi rakov, školjk, polžev, hroščev in drugih školjčnih živali so v veliki meri sestavljeni iz hitina. Tudi v gobah se pojavlja ta odporni naravni material. Že kratek sprehod po plaži ali skozi gozd zadostuje, da vidimo, kako pogosto se hitin pojavlja v naravi. Ocene letne količine, ki nastane, se močno razlikujejo in segajo do 100 milijard ton. Tako je hitin poleg celuloze najpogosteje pojavljajoči biopolimer. Kot odpadni material iz ribolova je hitin cenovno dostopen.
Tudi njegove lastnosti prepričajo: hitin je tog, natezno trden, praktično netopen v vodi in kljub temu biološko razgradljiv - in zavira rast bakterij. Vse to naredi surovino načeloma zanimivo za individualno prilagojene additivno izdelane ročne ali prstne ortoze in druge medicinske izdelke. Vendar pa hitina s tradicionalnimi additivnimi proizvodnimi postopki doslej ni bilo mogoče obdelovati brez težav. Da bi to v prihodnosti postalo mogoče, v raziskovalnem projektu »BUTTERFLIES« akterji iz gospodarstva in znanosti usklajujejo material in 3D-tiskalno metodo.
Binder Jetting je načeloma primeren za hitin
Za obdelavo hitina je načeloma primeren tako imenovani Binder Jetting. Pri tem additivnem proizvodnem postopku tiskalna glava vozi po plasti prahu in na natančno določenih mestih kaplja vezivo. Infrardeča svetilka pospeši strjevanje. Tako nastane del, plast za plastjo.
Tudi hitin se lahko zmleti v fino moko. Vendar pa so delci hitina, za razliko od običajnih plastičnih delcev, ki so skoraj okrogli in se enakomerno porazdelijo kot fina pesek, ravni, nepravilni in ostri. Enakomerno razporediti jih ni mogoče brez težav. Raziskovalna ekipa Fraunhoferjevega inštituta za proizvodno tehnologijo in avtomatizacijo IPA zato prilagaja nanašanje prahu in vodenje procesa naravnemu materialu.
V iskanju najboljše recepture veziva
Tudi vezivo, ki ga tiskalna glava uporablja pri Binder Jettingu, je popolnoma biogen material. Za to se hitin kemično preoblikuje v hitozan. »Na tem mestu se je razkril cilj konflikten,« pravi Jan Christoph Janhsen, vodja raziskovalne ekipe za additivne procese za fotopolimere na Fraunhofer IPA. »Po eni strani mora biti vezivo dovolj tekoče, da lahko zanesljivo teče skozi fine šobe v tiskalni glavi. Le tako bo tiskalni proces stabilen. Po drugi strani pa viskoznejše vezivo najbolj zanesljivo poveže delce prahu v trden del.«
Da bi čim bolje izpolnili oba zahtevka, Janhsnova raziskovalna ekipa tesno sodeluje s Švicarskim inštitutom za preizkušanje in raziskovanje materialov (Empa). Znanstveniki tam razvijajo hitozansko vezivo, ki se nato testno tiskajo na Fraunhofer IPA. Njegove rezultate Janhsnova raziskovalna ekipa deli s partnerji pri Empa, ki nato nadalje razvijajo svojo recepturo za hitozansko vezivo.
Umetna inteligenca bi lahko olajšala ta usklajevalni proces. Predvideno je, da bo AI analizirala merilne podatke iz razvoja materialov in procesov, prepoznala povezave med recepturo, tiskalnostjo in lastnostmi delov ter iz tega izpeljala nove formulacije veziva.
Na Formnextu: Trajnost v 3D-tisku
Toda tudi brez pomoči umetne inteligence že obstajajo prve formulacije veziva, ki jih je mogoče nanesti s tiskalno glavo. Tudi hitinova moka je zdaj tako obdelana, da jo je mogoče nanašati plast za plastjo. Končnih 3D-tiskanih delov ali celo ortoz še ni, vendar so prvi poskusi z hitinom in hitozanom pokazali, da material dosega dobro mehansko povezanost: tanka testna struktura je zdržala obremenitev približno 1,3 kilograma. Vendar se je izkazalo, da material pri strjevanju skrči, se zvija ali celo razpoka.
Vpogledi v raziskovalni projekt BUTTERFLIES bodo znanstveniki okoli Janhsena predstavili od 17. do 20. novembra na strokovnem sejmu Formnext v Frankfurtu ob Majni. Na skupnem razstavnem prostoru Fraunhoferjeve družbe bo Fraunhofer IPA na več eksponatih pokazal, kako lahko postane additivna proizvodnja bolj trajnostna: hala 11.0, stojnica D31.
Kontakt:
