Im Lauf der Evolution ist es lebenden Organismen gelungen, energieeffiziente und ressourcenschonende Stoffwechselfunktionen zu entwickeln, die parallelisiert, hochgradig pr?zise und auf engstem Raum angeordnet ablaufen. Membranen sind dabei ein wesentliches Element und steuern (h?ufig selbstlernend) als mikroskopische Zellwand oder makroskopisches Organ den Stofftransport im K?rper.?

Die adressierte Forschung zielt darauf ab existierende Membranen und Membranmodule hinsichtlich des Durchflusses, der Selektivit?t, des Energieverbrauches und der volumenspezifischen Membranfl?che zu verbessern.?

In der Herstellung der neuartigen und innovativen Membranen ist die Additive Fertigung ein zentraler Bestandteil. Die Nutzung etablierter sowie modifizierter 3D-Druckverfahren erm?glicht die Fertigung von komplexen Strukturen der Membranen bzw. ihrer Tr?ger. Dies bietet M?glichkeiten zur Optimierung der Stoffstr?mungen im Membranmodul und vergr??ert die volumenspezifische Membranfl?che aktuell um ca. 300 %. Adressiert wird die badbasierte Photopolymerisation (VPP) in Form des Digital-Light-Processing und die Materialextrusion (MEX) bzw. das Fused-Layer-Modeling. Beim erstgenannten Fertigungsprozess wurden hochgradig gefüllte Suspensionen mit Al2O3 Pulvern entwickelt sowie untersucht und die komplexen Strukturen gedruckt. Im FLM-Prozess werden die bionisch strukturierten Bauteile aus einem gefüllten Filament aufgebaut. Das Material ist genauer als RBAO (reaction bonded aluminium oxide) zu bezeichnen. Dieses führt in anschlie?enden Entbinder- sowie Sinterprozessen zu erheblichen Vorteilen. Im Allgemeinen werden die additiv gefertigten Strukturen entbindert und gesintert, sodass ein por?ser keramischer Formk?rper entsteht. Diese Tr?ger k?nnen für einzelne Anwendungen bei entsprechender Porengr??e und Porosit?t bereits als Membran verwendet werden. Haupts?chlich dienen sie aber der Beschichtung mit keramischen Schlickern, sodass Poren im Nanometerbereich entstehen. Der aktuelle Stand unserer Forschung erreicht keramische Membranen mit 0,07 ?m Porengr??e.?

Ein weiteres Themenfeld ist die Nachbearbeitung der additiv gefertigten Grünk?rper. Zum gegenw?rtigen Zeitpunkt werden Methoden untersucht die Oberfl?che der Tr?ger zu gl?tten. Die im 3D-Druck entstehende Layerstruktur, übereinander abgelegter Schichten, muss bearbeitet werden, um funktionale Beschichtungen für eine Membran aufzubringen.?

Im Vortrag wird die gesamte Prozesskette aus CAD-Konstruktion, Slicing, additiver Fertigung, Entbinder- und Sinterprozessen sowie weiterer Nachbearbeitung und Beschichtung dargestellt und auf die realisierte Porenstruktur sowie Membranbeschaffenheit eingegangen.

Hans Georg Pensel ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachbereich Sci-Tec der Ernst-Abbe-Hochschule Jena und arbeitet im Thüringer Wasser-Innovationscluster im Projekt Technische Niere. Mehr Informationen finden Sie hierExterner Link.