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3D-Druck aus Material auf Pilzbasis

Additive Fertigung
Materialien auf Pilzbasis für den 3D-Druck

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Die biobasierte Paste lässt sich im 3D-Druck-Verfahren verarbeiten (Bild: Fraunhofer Umsicht)
Um den Wandel zu nachwachsenden Rohstoffen zu unterstützen, hat das Fraunhofer Umsicht im Projekt Fungifacturing Pilzwerkstoffe untersucht. Ausgangspunkt sind Stroh und Holzspäne.

Einen Werkstoff aus pflanzlichen Rohstoffen und Pilzmyzel als Double-Porosity-Schallabsorber zu entwickeln – so lautete das Ziel des Projektes Fungifacturing von August 2019 bis Juli 2021. „Pilzwerkstoffe stellen eine biobasierte Alternative zu konventionellen Materialien wie Polyesterschäumen oder Verbundstoffen auf Mineralbasis dar“, erklärt Julia Krayer, Biodesignerin am Fraunhofer Umsicht in Oberhausen. „Der Schallabsorber besteht aus Pilzen und pflanzlichen Reststoffen. Sägespäne, Treber aus der Bierproduktion oder Stroh nutzen wir als Nährboden, um die Pilze zu züchten und nutzen zu können.“

Die richtige Rezeptur für Pilz-Paste und 3D-Druck

Zunächste haben die Forschenden eine pilzbasierte Paste entwickelt, die mit einem 3D-Druckverfahren in die gewünschte Form gebracht werden konnte. Parallel dazu haben untersucht, ob die Paste von Pilzen bewachsen wird. „Wir haben festgestellt, dass der Pilz erfolgreich auf dem Treber wächst“, erläutert Lina Vieres, Biologin am Institut. „Allerdings behindert der Treber den Druckvorgang durch die enthaltenen Spelzen. Daher verzichten wir auf ihn als Substratzugabe und haben weitere Rezepturen mit Stroh und Holzspänen getestet.“

Rezeptur und Grundsubstrat wirken sich auch auf die akustische Leistung des Materials aus. Die sehr feinen Fasernd sind für den Druck sehr vorteilhaft, für die Akustik aber eher hinderlich. Ebenso behinderten sie das Pilzwachstum, da dieser auf einen Gasaustausch in dem Material angewiesen ist. Mithilfe einer genauen Abstimmung zwischen Paste, Pilzwachstum, Eigenschaften und 3D-Druck haben die Forschenden eine Lösung gefunden: eine durchwachsbare, druckbare Paste.

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Geschäftsmodell für Pilzrohstoffe in der Industrie

Das Ergebnis haben die Forschenden anschließend auf einem Workshop im Impact Hub Essen interessierten Personen präsentiert. So prüften die Projektmitarbeitenden die gesellschaftliche Akzeptanz für alternative Rohstoffe. Eine ökologische und ökonomische Bewertung des Produktes zeigte die energiereichen Schritte und half, das Produkt in dem bereits bestehenden Markt einzuordnen. Basierend auf allen Ergebnissen haben die Forschenden abschließend ein Geschäftsmodell für Pilzmaterialien erstellt.

Mehr als nur Schallabsorber

Die im Projekt Fungifacturing getesteten Werkstoffe besitzen demnach viel versprechende Eigenschaften in Bezug auf Druckfestigkeit, Wärmedämmung und Brandverhalten. „Mit diesen Eigenschaften eigenen sich Pilzwerkstoffe für weit mehr als nur Schallabsorber“, betont Krayer. Die Werkstoffe seien beispielsweise druckstabil und besitzen gute wärmedämmende Eigenschaften, die mit Holzfaserdämmplatten vergleichbar sind. In Brandversuchen seien keine offenen Flammen aufgetreten, und der Pilzwerkstoff lasse sich leicht am Anwendungsort anbringen. Pilzwerkstoffe können also auch in der Praxis leicht angewendet werden, besipielsweise als Wärmedämmstoffe.

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Weiterentwicklung des Fungifacturing-Ansatzes

Die Projektergebnisse zeigen, dass sich der entwickelte Prozess auf viele verschiedene Anwendungen und Werkstoffe übertragen lässt. Neben 3D-Druck sind weitere Herstellungsprozesse sowohl für pilzbasierte, als auch rein pflanzliche Pastenwerkstoffe denkbar. Das Fraunhofer Umsicht prüft dazu nun verschiedene Produktionsverfahren und deren Ergebnisse.

Über ein Fraunhofer-internes Projekt entwickeln die Forschenden Pilzprodukte im Hinblick auf Rezeptur und Fertigungstechnik weiter. Der Fokus liegt hierbei vor allem auf der Nutzung lokaler Reststoffe und der Auswirkung brandhemmender Mittel auf das Pilzwachstum. Auch eine Praxisanwendung in der Industrie ist aufgrund großer wirtschaftlicher Interessen nicht auszuschließen. Dabei steht aber weiterhin eine ökologisch verträgliche Kreislaufwirtschaft im Mittelpunkt.

www.umsicht.fraunhofer.de/

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