Holzmöbel aus dem 3D-Drucker

Kunststoff, Metall und selbst Kuchenteig lassen sich mit 3D-Druckern in nahezu beliebige Formen spritzen. Nun nutzten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dieses Verfahren auch für Holz. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science Advances“ berichten, entwickelten sie eine spezielle Tinte aus Holzbestandteilen. Mit ihr ließen sich komplexe, dreidimensionale Objekte drucken, die nach dem Trocknen genauso fest wie natürliches Holz waren.

Kreislauf von Holz und gedruckte Strukturen

Md Shajedul Hoque Thakur und sein Team an der Rice University in Houston vermischten für ihre Holztinte winzige Fasern aus Zellulose und Lignin – die für die Verholzung nötige Substanz – in Wasser. Sie mischten die beiden Bestandteile im gleichen Verhältnis, wie sie in natürlichen Hölzern vorkommen, nämlich etwa drei Viertel Zellulose zu einem Viertel Lignin. Durch die feinen Düsen eines 3D-Druckers trugen sie die Tinte Schicht für Schicht – jede etwa 100 Mikrometer dünn – auf. So entstanden dreidimensionale Objekte: Zum Beispiel Wabenstrukturen oder kleine Puppenhausmöbel wie Tische und Stühle.

Nach dem Druckvorgang waren die Objekte allerdings noch nass und mussten trocknen. Das erfolgte mit einer Gefriertrocknung im Vakuum bei minus 85 Grad Celsius. Anschließend pressten die Forschenden die Objekte bei 180 Grad Celsius leicht zusammen. Dabei verteilten sich die zähflüssigen Ligninmoleküle gleichmäßig und verklebten die winzigen Zellulosefasern miteinander – die Objekte wurden damit stabiler. In Belastungsversuchen zeigte sich, dass das gedruckte Holz in etwa so fest wie leichtes Balsaholz war.

Erstes gedrucktes Holz ohne Zusätze

Auch andere Forschergruppen haben bereits Versuche zum 3D-Druck von Hölzern durchgeführt. Sie nutzten aber oft Lösungsmittel oder Klebstoffe, um die Holzbestandteile miteinander zu verbinden. Der neue Ansatz verzichtet komplett auf diese chemischen Zusätze. Dadurch fühlten sich die gedruckten Objekte nicht nur wie natürliches Holz an, sie verströmten sogar einen typischen Holzduft.

Bisher werden viele Holzreste verbrannt oder als Späne in Spanplatten verwendet. Mit dem 3D-Druckverfahren für Holz lassen sich Holzabfälle jedoch recyceln und effizienter als bisher nutzen. Bis es großflächig eingesetzt wird, muss das Verfahren allerdings für größere Objekte mit entsprechend größeren Druckern weiterentwickelt werden.