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S. Baudis, C. Gorsche:
"Lignin als Baustein für 3D-gefertigte Produkte";
Vortrag: Blickpunkt Forschung: Materialinnovationen @ TU Wien, Wien (eingeladen); 19.09.2018.

Das Ziel des Projekts ist die Etablierung einer neuen Klasse an bio-basierten, auf nachwachsender
Chemie aufbauenden Formulierungen für Lithographie-basierte additive Fertigungstechnologien (lichtbasierte
3D Druckverfahren). Die zurzeit kommerziell erhältlichen Formulierungen für Lithographiebasierte
additive Fertigungstechnologien (L-AMTs) basieren hauptsächlich auf petrochemischen
Produkten, die ursprünglich für Beschichtungen in der Lackindustrie entwickelt wurden, z.B.
(Meth)Acrylat-Monomere und Oligomere. Trotz des schlechten Rufs der (Meth)Acrylate, aufgrund ihrer
gesundheitsgefährdenden Eigenschaften (beispielsweise bekamen sie den Titel "Allergen des Jahres
2012" verliehen von der amerikanischen Gesellschaft für Kontaktdermatitis) besetzt dieser Typus von
lichthärtbaren Harzen den überwiegenden Marktanteil. Eine weitere kritische Komponente in
gegenwärtig angewendeten Formulierungen ist der Photoinitiator, der die Vernetzungsreaktion,
ausgelöst durch Licht, startet. Stand der Technik im Bereich der Photoinitiatoren sind kleine Moleküle,
welche grundsätzlich migrationsanfällig sind. Beispielsweise wurden im Jahre 2005 in vier europäischen
Ländern Spuren von Isopropylthioxanthon (ITX), ein häufig angewendeter Photoinitiator, in Babymilch
gefunden. Es wurde ermittelt, dass das ITX aus der lichtgehärtenden Tinte der Milchpackungen
stammte.
Die Motivation für dieses Projekt ist es, diese drei Probleme der 3D Druckindustrie zu lösen:
(1) die Nicht-Nachhaltigkeit und die gesundheitlichen Bedenken bezüglich
(2) (Meth)Acrylaten und
(3) Photoinitiatoren.
Grundlage für die neu entwickelten L-AMT Systeme werden lichthärtende Harze sein, die auf
Biopolymeren, Lignin und Hyaluronsäure basieren, welche mit lichtvernetzbaren Gruppen modifiziert
wurden. Lignin ist ein Abfallprodukt der Zellstoffindustrie und aus diesem Grund besonders interessant
als Rohstoff. Um die Schädlichkeit der Komponenten zu verringern, werden die giftigen (Meth)Acrylate
durch wenig giftige Gruppen ersetzt, z.B. durch Vinylester oder durch ungesättigte Fettsäuren, welche
die Nachhaltigkeit weiter betonen.
Ein anderes wichtiges Ziel des Projekts ist die Entwicklung migrationsstabiler Photoinitiatoren, um
weitere gesundheitliche Bedenken zu verringern. Das wird erreicht werden durch die chemische
Anbindung der Photoinitiatoren an makromolekulare Komponenten, durch polymere Photoinitiator-
Konzepte oder durch chemische Einbindung der Gruppen in das entstandene Netzwerk und eine damit
verbundene Immobilisierung.
Fortschrittliche Fertigungsmethoden werden daraufhin mit zwei verschiedenen Verfahren des L-AMT
ausgeführt:
(1) der Stereolithographie von den hoch-viskosen bis pastösen Formulierungen in einem neuen und
innovativen industriellen Aufbau, um die flexible Produktion von maßgeschneiderten Bauteilen zu
demonstrieren, und
(2) die Zwei-Photonen-Lithographie in einem experimentellen Aufbau, um die überragende Auflösung
(<1 μm) dieser Vorreitertechnology zu nutzen.

3D Printing: Stereolithography, Modification of Lignin, Photopolymerization,