Fraunhofer IPA entwickelt Orthesen aus Chitin Medizinprodukte aus dem 3D-Drucker, aus Krabbenpanzern

Chitin, der Stoff aus Krabben- und Insektenpanzern, ist steif, zugfest und biologisch abbaubar. Forschende am Fraunhofer IPA und an der Empa wollen ihn im 3D-Druck verarbeiten, um individuelle Hand- und Fingerorthesen herzustellen. Erste Teststrukturen halten Belastungen stand, fertige Bauteile gibt es noch nicht.

Chitin ist der Stoff, aus dem Krabben-, Muschel- und Insektenpanzer bestehen. Er ist neben der Cellulose das häufigste Biopolymer der Welt, und als Reststoff aus der Fischerei ist er günstig verfügbar. Dazu kommen gute Eigenschaften: Chitin ist steif, zugfest, praktisch nicht wasserlöslich und biologisch abbaubar. Es hemmt zudem das Wachstum von Bakterien. Das macht den Rohstoff interessant für individuell angepasste, additiv gefertigte Hand- und Fingerorthesen. Bisher lässt sich Chitin mit etablierten 3D-Druckverfahren aber kaum verarbeiten.

Das Forschungsprojekt BUTTERFLIES will das ändern. Dort stimmen Akteure aus Wirtschaft und Wissenschaft Material und 3D-Druckverfahren aufeinander ab.

Binder Jetting: Chitin im Pulverbett

Für Chitin kommt grundsätzlich das Binder Jetting infrage. Ein Druckkopf fährt über ein Pulverbett und setzt an genau festgelegten Stellen tröpfchenweise einen Binder ab. Ein Infrarotstrahler beschleunigt das Aushärten, Schicht für Schicht entsteht das Bauteil.

Chitin lässt sich zwar zu einem feinen Pulver mahlen. Doch die Partikel sind flach, unregelmässig und scharfkantig. Anders als runde Kunststoffpartikel lassen sie sich nicht ohne Weiteres gleichmässig verteilen. Das Team am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA passt deshalb Pulverauftragung und Prozessführung an das Naturmaterial an.

Die Suche nach dem besten Binderrezept

Auch der Binder ist aus biogenem Material. Dafür wird Chitin chemisch zu Chitosan umgeformt. «An dieser Stelle hat sich ein Zielkonflikt offenbart», sagt Jan Christoph Janhsen, Forschungsteamleiter für additive Prozesse für Photopolymere am Fraunhofer IPA. «Einerseits muss der Binder dünnflüssig genug sein, damit er zuverlässig durch die feinen Düsen im Druckkopf fliesst. Andererseits verbindet zähflüssiger Binder die Pulverpartikel am zuverlässigsten zu einem belastbaren Bauteil.»

Um beide Anforderungen zu erfüllen, arbeitet das Team eng mit der Empa zusammen. Dort wird der Chitosan-Binder entwickelt, am Fraunhofer IPA wird er testweise verdruckt. Die Ergebnisse fliessen zurück an die Empa, die die Rezeptur weiterentwickelt. Künftig soll künstliche Intelligenz helfen: Sie soll die Messdaten auswerten, Zusammenhänge zwischen Rezeptur, Druckbarkeit und Bauteileigenschaften erkennen und neue Binder-Formulierungen vorschlagen.

Erste Ergebnisse, noch keine Orthesen

Erste Binder-Formulierungen lassen sich bereits mit einem Druckkopf ausbringen, und das Chitinpulver ist so weit aufbereitet, dass es schichtweise aufgetragen werden kann. Fertige 3D-gedruckte Bauteile oder gar Orthesen gibt es jedoch noch nicht. In Vorversuchen hielt eine dünne Teststruktur eine Belastung von rund 1,3 Kilogramm aus, und das Material erreicht einen guten mechanischen Zusammenhalt. Beim Aushärten zeigt sich aber ein Problem: Das Material schrumpft, verzieht sich oder bildet Risse.

Die ersten Einblicke in das Projekt zeigt das Team auf der Formnext in Frankfurt am Main vom 17. bis 20. November 2026 (Halle 11.0, Stand D31).