Jährlich gelangen in Deutschland pro Kopf zwischen 30 und 109 Gramm Mikroplastik durch den Abrieb von Schuhsohlen in die Umwelt (Bertling et al., 2018; UBA, 2020). Konventionelle Sohlen bestehen meist aus synthetischen Polymeren, die schwer abbaubar sind und zur Mikroplastik-Problematik beitragen. Eine vielversprechende Alternative ist Kork – ein natürliches Material mit hervorragenden dämpfenden Eigenschaften, das ohne Mikroplastikbelastung verrottet. Da Kork nur langsam wächst und Recycling erst ab einer bestimmten Korngröße möglich ist, werden übrigbleibende kleine Partikel häufig thermisch verwertet. In diesem Projekt wird ein innovatives Verfahren entwickelt, um fein gemahlenen Kork mit biologisch abbaubaren Biopolymeren zu kombinieren und als nachhaltige Schuhsohle in den 3D-Druck zu überführen.
Die Sohle wird durch ein spezielles Pasten-3D-Druckverfahren gefertigt, bei dem eine viskose Mischung aus Alginat und Calciumchlorid als Bindemittel für die Korkpartikel dient. Alginat, ein wasserlösliches Pulver, wird in einer Flüssigkeit gelöst und mit Glycerin in seiner Viskosität angepasst. Das Calciumchlorid wird mit Guarkernmehl gemischt, wodurch eine Polymerreaktion ausgelöst wird. Diese Reaktion bildet ein stabiles Biopolymer, das die gewünschte Festigkeit und Elastizität erzeugt. Das Verfahren erlaubt eine präzise Steuerung der Materialeigenschaften, sodass eine optimale Abstimmung auf den Anwendungsfall gewährleistet wird.
Der 3D-Druckprozess basiert auf einem innovativen Druckprinzip, bei dem die Kork-Biopolymer-Masse durch Luftdruck aus einer Kartusche in ein Druckbett mit Alginatlösung gepresst wird. Dabei treibt die eine Masse gewissermaßen schwerelos in der anderen, sodass komplexe Geometrien ohne Stützmaterial gefertigt werden können. Dies eröffnet völlig neue Designmöglichkeiten für Schuhsohlen, die konventionelle Fertigungsmethoden nicht bieten. Allerdings erfordert dieser Druckprozess auch eine exakte Abstimmung von Parametern wie Luftdruck, Temperatur der Pasten und Größe der verwendeten Kanüle, um eine gleichmäßige Materialverteilung und stabile Strukturen zu gewährleisten.
Nach dem Druck ist die Masse zunächst weich und flexibel, erinnert in ihrer Konsistenz an eine Qualle und muss daher einer Trocknungsphase unterzogen werden. Dabei schrumpft sie um einige Zentimeter und nimmt eine lederartige Festigkeit an, die sich ideal für die Nutzung als Schuhsohle eignet. Eine weitere Innovation dieses Verfahrens besteht in der Möglichkeit, die gedruckte Sohle mit einem Obermaterial aus Naturfasern zu verbinden. Durch das Animpfen der Sohle mit Mycel, beispielsweise Ganoderma lucidum, kann sich das Mycel mit dem Obermaterial verbinden und eine nahtlose Einheit bilden. Dadurch wird auf Klebstoffe und Nähte verzichtet, was die biologische Abbaubarkeit des gesamten Schuhs weiter verbessert.
Die Formgebung der Sohle erfordert eine präzise digitale Steuerung. Während herkömmliche 3D-Druckprozesse meist von Slicer-Software unterstützt werden, müssen für dieses Verfahren die Druckbahnen speziell in Rhino konstruiert und mit Grasshopper in G-Code umgewandelt werden. Am besten gelingt der Druck, wenn die gesamte Sohle in einer kontinuierlichen Linie gefertigt wird, um Ungleichmäßigkeiten in der Materialverteilung zu vermeiden.
Mit dieser nachhaltigen Schuhsohle wird nicht nur Mikroplastik reduziert, sondern auch der Recyclingprozess von Kork optimiert. Der verwendete Kork ist ein Abfallprodukt der herkömmlichen Korkverarbeitung und erhält durch dieses Verfahren ein zweites Leben. Die dämpfenden Eigenschaften bleiben erhalten, während die Schuhsohle durch individuelle Anpassung im 3D-Druck auf die Bedürfnisse der Trägerin oder des Trägers abgestimmt werden kann. Nach der Nutzung kann der gesamte Schuh biologisch abgebaut werden, wodurch ein geschlossener ökologischer Kreislauf entsteht. Diese Kombination aus Kork, Biopolymeren und Mycel stellt eine wegweisende Lösung für eine nachhaltigere Schuhproduktion dar.