Schüler entwickeln 3D-Druckverfahren mit Holz

Der Schlüssel liegt im Filament, und das wurde nun erfolgreich am Holztechnikum Kuchl erprobt und mit dem Jugend Innovativ-Preis ausgezeichnet

04.07.2018 – Brettsperrholz (BSP) hat die Holzbranche verändert wie kaum ein anderer Holzwerkstoff zuvor. Der Hauptgrund liegt darin, dass der Baubranche damit endlich ein nachhaltiges Produkt zur Verfügung gestellt wurde, mit dem es einfach in der Handhabung und schnell in der Ausführung möglich ist, mehrgeschossige Bauwerke hochpräzise zu erstellen. Seinen Siegeszug hat BSP noch lange nicht beendet, doch tüfteln andere schon an einer Technologie, die erneut alles verändern könnte.

Holz aus dem 3D-Drucker – vorerst gibt es das nur in kleinem Maßstab, aber die Technologie hat Potenzial zur Anwendung im Hausbau; © HTK
Holz aus dem 3D-Drucker – vorerst gibt es das nur in kleinem Maßstab, aber die Technologie hat Potenzial zur Anwendung im Hausbau; © HTK

Nicht wenige wollen im 3D-Druck die Zukunft des Bauens erkennen. Während man in den Niederlanden mit mobilen Fertigungsanlagen für 3D-gedruckte Mauersteine experimentiert, druckt man in China bereits ganze Dörfer. Die Verfahren folgen dabei immer dem gleichen Prinzip: Flüssiges Material wird von einer mehrachsig beweglichen Düse in Schichten aufgetragen, bis daraus fertige Formen entstehen, die nach dem Austrocknen meist nur noch marginal nachbearbeitet werden müssen. Der Formenvielfalt sind hier fast keine Grenzen gesetzt. Hohlräume und Durchbrechungen können ebenso ausgeführt werden wie komplexe Bauteilverbindungen. Am vielseitigsten, fortschrittlichsten und detailreichsten gilt im 3D-Druck nach wie vor das Segment der Kleinteilefertigung. Aber die Entwicklungen auf diesem Gebiet könnten schon bald auf größere Maßstäbe übertragen werden, um die Technologie beispielsweise für serielle Gebäudeteilefertigungen nach Industriestandard zu nutzen.

3D-gedruckte Wand aus Beton; © Youtube
3D-gedruckte Wand aus Beton; © Youtube

Betonbauer loten bereits die Potenziale aus

Im Betonbau machen sich schon mehrere Unternehmen Gedanken darüber, wie diese Technologie künftig effizient genutzt werden kann. Beton hat hier im Vergleich zu Holz den Vorteil, dass er während der Verarbeitung flüssig ist und sich somit gut für den 3D-Druck verwenden lässt. Grundsätzlich wird der 3D-Druck aber heutzutage noch von Kunststoffen dominiert. Die nachhaltigste Alternative unter ihnen bildet sogenanntes PLA (polylactic acid). Dieses gilt als biokompatibel und wird erdölfrei hergestellt. Außerdem weist PLA unter speziellen Bedingungen auch die Fähigkeit der biologischen Abbaubarkeit auf. Es liegt also der Wunsch nahe, dieses PLA zu nutzen, um noch umweltfreundlichere Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffen und Beton in der 3D-Druckanwendung zu schaffen.

Sebastian Leodolter und Axel Huber mit ihrer Erfindung, dem druckbaren Holz-PLA-Filament; © HTK
Sebastian Leodolter und Axel Huber mit ihrer Erfindung, dem druckbaren Holz-PLA-Filament; © HTK
Erste, mit Holz gedruckte Teile weisen gebrauchsfähige Festigkeiten auf. In weiterer Folge gilt es, Einsatzzwecke für das neue Material zu finden. © HTK
Erste, mit Holz gedruckte Teile weisen gebrauchsfähige Festigkeiten auf. In weiterer Folge gilt es, Einsatzzwecke für das neue Material zu finden. © HTK

Das Filament ist der Schlüssel

Genau diesen Ansatz haben zwei Schüler der Klasse 5B des Holztechnikums Kuchl im Zuge ihrer Diplomarbeit verfolgt. Axel Huber und Sebastian Leodolter haben ein Verfahren zum Drucken mit Holz entwickelt, womit sie sogar den diesjährigen bundesweiten Jugend Innovativ-Wettbewerb für sich entschieden haben. Die jungen Tüftler aus Salzburg setzen dabei auf eine Materialkomposition aus PLA und Holz, wobei der Holzanteil bei über 50 % liegt. 

Ihr Augenmerk richteten die Schüler auf die Herstellung sogenannter Filamente, welche essenziell sind, um später Produkte in der Masse fertigen zu können. Sie experimentierten mit sechs Materialkompositionen, die sich jeweils aus zwei unterschiedlichen Kunststoffen mit steigendem Holzanteil zusammensetzten. Die Eigenschaften der Filamente wurden auf deren Quellung, Zugfestigkeit, Wärmewiderstand und Kerbschlagzähigkeit untersucht. Anschließend wurde eine Prozessanalyse der Bearbeitbarkeit durchgeführt. Anhand dieser Resultate konnte das endgültige Statement erzielt werden, dass es möglich ist, mit Holz in Kombination mit Kunststoff zu drucken und dreidimensionale Gegenstände zu erzeugen. Anhand einiger Testdrucke haben Huber und Leodolter die Durchführbarkeit sowie die Verwendungsfähigkeit solcher Produkte unter Beweis gestellt.

Ob das von den beiden Schülern vorgezeigte 3D-Druckverfahren von der Industrie in Betracht gezogen wird, wird sich zeigen. Neben den im Vergleich zu herkömmlichen Holzprodukten isotropen Materialeigenschaften gedruckten Holzes lägen weitere Vorteile in der Formenvielfalt und im kreativen Umgang mit Materialkombinationen sowie in der Möglichkeit der Bauteilefertigung aus einem Guss.

_mr