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Elefantenfreundliche Alternative

Täuschend echt: 3D-gedrucktes Elfenbein

Rechts ein Replikat eines Ornaments aus dem neuen Material „Digory“, links das Original aus Elfenbein vom Schrein Friedrichs des Schönen aus dem 17. Jahrhundert. (Bild: TU Wien)

Sanft-weiß mit feinen Strukturen, leicht transparent und schimmernd: Das spezielle Aussehen des Elfenbeins lässt sich bisher nur schwer nachahmen. Doch nun präsentieren Forscher ein überzeugendes und praktisches Imitationsverfahren für Elfenbein, durch das vor allem alte Kunstgegenstände hochpräzise restauriert werden können: Das elefantenfreundliche Material „Digory“ lässt sich durch ein 3D-Druckverfahren schnell in Replikate hochkomplexer Schnitzkunst verwandeln.

Das Naturprodukt ist tabu! Zwar werden noch immer Tausende von Elefanten jedes Jahr wegen ihrer Stoßzähne illegal getötet – doch zumindest offiziell gilt seit 1989 ein internationales Verbot des Handels mit Elfenbein. Für Kunstliebhaber und vor allem für Restaurateure stellt dies allerdings ein Problem dar, denn das schöne Material wurde bekanntlich jahrhundertelang häufig für die Herstellung von Kunstgegenständen verwendet. Durch den Verzicht auf den Naturstoff müssen sie deshalb nun auf Ersatzmaterialien zurückgreifen, um Elfenbeinteile alter Kunstobjekte zu restaurieren oder nachzubilden.

Doch Knochen, Muschelschalen und auch Kunststoffe bieten dabei bisher keine wirklich zufriedenstellenden Lösungen. Denn sie besitzen meist nicht die optischen Merkmale sowie Materialeigenschaften des Vorbildes und die Objekte müssen aufwändig durch Schnitzen angefertigt werden. Ideal wären hingegen Herstellungsmöglichkeiten im 3D-Druckverfahren. Aus den dazu bisher verfügbaren Kunststoffen lassen sich allerdings keine Objekte mit überzeugenden Elfenbein-Merkmalen herstellen. Doch wie ein österreichisches Entwicklerteam berichtet, ist es ihnen nun gelungen, diese Herausforderung zu meistern.

„Digory“ – die praktische Alternative

„Das Forschungsprojekt begann mit einem wertvollen Schrein aus dem 17. Jahrhundert in der Kirche von Mauerbach“, erklärt Jürgen Stampfl von der Technischen Universität Wien. „Das Kunstobjekt ist mit kleinen Elfenbeinornamenten verziert, von denen im Lauf der Zeit einige verlorengegangen sind. So wurden wir gefragt, ob man die komplexen Teile mit 3D-Druck-Technologie ersetzen kann.“ Trotz der Erfahrungen des Teams mit diesem Verfahren und keramischen Materialien stellte es sich als knifflig heraus, gute Imitationen herzustellen. „Mit unseren 3D-Druckanlagen verarbeiten wir unterschiedliche Material-Formulierungen für ganz verschiedene Einsatzbereiche, aber dieses Projekt war auch für uns etwas Neues“, sagt Co-Autorin Konstanze Seidler.

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Wie die Experten erklären, mussten eine ganze Reihe von Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden. Denn das Material sollte nicht nur wie Elfenbein aussehen, sondern auch eine vergleichbare Festigkeit und Steifigkeit aufweisen, damit spätere Nachbearbeitungen möglich sind. Doch wie die Forscher berichten, gelang es ihnen schließlich durch zahlreiche Experimente, die passende Mischung für ein Material zu finden, das sich in üblichen 3D-Druckern nach dem Prinzip der Stereolithographie einsetzten lässt. Die Basis bilden dabei Kalziumphosphat-Partikel mit einem Durchmesser von etwa sieben Mikrometer, die gemeinsam mit extrem feinem Siliziumoxidpulver mit einem speziellen Harz gemischt wurden. „Besonders knifflig war der Aspekt, dass Elfenbein lichtdurchlässig ist“, berichtet Co-Autorin Thaddäa Rath. „Nur wenn man den richtigen Anteil an Kalziumphosphat verwendet, hat das Material dieselben lichtdurchlässigen Eigenschaften wie Elfenbein.“

Fix gedruckte Elfenbein-Kunst

Das neuartige Material wird in 3D-Druckern nach dem sogenannten Hot Lithography Verfahren verarbeitet. Anhand eines Computermodells des Vorbildes wird die Substanz dabei durch UV-Laser den gewünschten Formen entsprechend ausgehärtet. Binnen weniger Stunden entsteht so Schicht für Schicht das vollständige Objekt. Durch anschließende Analysen der Resultate aus dem „Digory“ genannten Material konnten die Forscher nachweisen, dass es sowohl optische als auch materialtechnische Eigenschaften besitzt, die denen von Elfenbein entsprechen. „Das Ergebnis zeigt erneut, wie vielfältig die Anwendungsmöglichkeiten der Stereolithographie sind“, sagt Seidler. Nach der Fertigung kann die Farbe des Objekts noch je nach Wunsch angepasst werden – etwa um es alt erscheinen zu lassen. Gute Erfolge erzielte dabei unter anderem der Einsatz von schwarzem Tee. Auch die charakteristischen dunklen Linien, von denen Elfenbein normalerweise durchzogen ist, lassen sich nachträglich originalgetreu nachbilden, berichten die Forscher.

Wie sie abschließend betonen, handelt es sich bei der Entwicklung um einen großen Fortschritt im Bereich der Restauration: Mit Digory steht nun ein besserer, schönerer und leichter verarbeitbarer Ersatz für Elfenbein zur Verfügung als bisher. Anstatt komplexe Objekte aufwändig aus den bisherigen Ersatzmaterialien herauszuschnitzen, kann man sie nun in wenigen Stunden einfach ausdrucken. Das Team hofft, dass sich das neue Material deshalb durchsetzen wird – als ästhetisch und mechanisch hochwertiger Elfenbeinersatz, für den garantiert kein Elefant sterben muss.

Quelle: Technische Universität Wien, Fachartikel: Applied Materials Today, doi: 10.1016/j.apmt.2021.101016

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