Nachhaltiger 3D-Druck durch den Einsatz rezyklierter Materialien

Quelle: annacapictures - Pixabay

Der 3D-Druck gilt allgemein als ressourcenschonende Technologie, aber die Nachhaltigkeit hängt auch stark vom verwendeten 3D-Druckmaterial ab. Eine Umfrage aus dem Jahr 2020 zeigt, dass inzwischen mehr als die Hälfte der deutschen Unternehmen im produzierenden Bereich über firmeneigene 3D-Druck-Technik verfügen. Diese Verbreitung bietet eine bedeutende Chance, nachhaltige Lösungen im Bereich des Materialverbrauchs zu implementieren.

Problemstellung

Recherchen zeigen, dass Vorbehalte von Unternehmen gegenüber nachhaltigen Materialien im 3D-Druck ein Grund für deren begrenzte Verwendung sind. Eines der Hauptbedenken besteht darin, dass insbesondere rezyklierte Materialien nicht die erforderlichen Materialspezifikationen erfüllen. Unternehmen, die 3D-Druck nutzen, müssen sicherstellen, dass die verwendeten Materialien die gewünschten mechanischen Eigenschaften, Haltbarkeit und Qualität aufweisen, um den Anforderungen ihrer Anwendungen gerecht zu werden.

Eine weitere Herausforderung für Unternehmen ist die Schwierigkeit, zu beurteilen, welche Materialien tatsächlich nachhaltig sind. Zwar bietet der Markt eine Vielzahl von Materialien, die als nachhaltig beworben werden, für Anwender ist es allerdings oft schwierig, die tatsächlichen ökologischen und sozialen Auswirkungen während des gesamten Lebenszyklus zu bewerten. Um fundierte Entscheidungen zu treffen, sind umfassende Kenntnisse der Materialeigenschaften sowie Bewertungen der Herstellungsprozesse, des Abbaus und der Wiederverwertbarkeit im Sinne der Kreislaufwirtschaft erforderlich. Viele Unternehmen verfügen jedoch nur über begrenzte Kapazitäten, um sich intensiv mit nachhaltigen Materialien auseinanderzusetzen.

Zielsetzung

Das Ziel des Projekts besteht darin, gemeinsam mit der Sanitäts- und Gesundheitshaus Carqueville GmbH, der DICK & DICK Laserschneid- und Systemtechnik GmbH, QSTEP3D und der Recycling Fabrik GmbH zu untersuchen, inwiefern der Einsatz nachhaltiger 3D-Druck-Materialien Möglichkeiten für die Umsetzung einer Kreislaufwirtschaft in der Produktion von Produkten und Komponenten bieten kann. Hierfür werden mehrere Ansätze verfolgt, um nachhaltige Lösungen zu entwickeln und zu implementieren:

1. Die Vermittlung von Grundlagenwissen zu nachhaltigen Materialien über Workshops.
2. Die additive Fertigung von Musterteilen mit nachhaltigen Materialien auf den 3D-Druckanlagen der Projektpartner und die anschließende Beurteilung der Druckeigenschaften.
3. Die Aufnahme von dabei entstehenden Musterdrucken in den Demonstrator „3D-Druckmustersammlung“ zum Transfer der im Projekt gewonnenen Erkenntnisse an andere KMU.
4. Die Vernetzung der Projektpartner untereinander, um den Erfahrungsaustausch zum Einsatz nachhaltiger 3D-Druck-Materialien zu fördern und gemeinsam Ideen zu entwickeln, wie der Einsatz rezyklierter Filamente in das Geschäftsmodell der Anwenderunternehmen integriert werden kann.

Lösung

Zu Projektbeginn wurden umfangreiche Recherchen zu möglichen nachhaltigen Materialien durchgeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass die nachhaltigsten Materialien solche sind, die möglichst lange im Stoffkreislauf verbleiben können. Obwohl biobasierte Materialien aus nachhaltigen Quellen stammen, sind sie allein nicht ausreichend, um eine umfassende Nachhaltigkeit zu erreichen. Gleiches gilt für bioabbaubare Materialien, die zwar eine Kompatibilität mit bestehenden Ökosystemen anstreben, aber nur begrenzt zum Klimaschutz und zur Ressourcenschonung beitragen.

Der größte positive Einfluss auf die Nachhaltigkeit ergibt sich durch die Kreislauffähigkeit der Materialien. Materialien, die wiederholt in den Produktionsprozess zurückgeführt werden können und somit länger im Kreislauf verbleiben, haben den größten positiven Effekt auf die Ressourcenschonung. Daher liegt der Fokus des Projekts auf der Identifikation von Materialien, die eine effiziente Kreislaufwirtschaft ermöglichen und so einen substantiellen Beitrag zur Förderung der Nachhaltigkeit leisten.

Neben den Anwenderunternehmen Carqueville, Dick&Dick, QSTEP3D und BMF GmbH Bernstein Mechanische Fertigung ist in das Projekt mit der Recycling Fabrik GmbH auch ein Anbieter einbezogen, dessen Geschäftsmodell das mechanische Recycling von PLA- und PETG-Filamentresten sowie Fehldrucken, insbesondere aus der Makerszene ist. Durch den mechanischen Recyclingprozess können diese Materialien wiederaufbereitet werden. Anschließend stellt die Recycling-Fabrik das rezyklierte Filament über ihren firmeninternen Online-Shop erneut dem Stoffkreislauf zur Verfügung.

Im Projektverlauf werden von den aktuell drei Anwenderunternehmen Probedrucke mit den von der Recycling-Fabrik zur Verfügung gestellten rezyklierten PLA- und PETG-Filamenten hergestellt und bezüglich der Druckqualität mit Bauteilen aus nicht-rezyklierten Filamenten verglichen. Um einen geschlossenen Materialkreislauf zu etablieren, wird darüber hinaus die praktische Umsetzung des Ablaufs betrachtet: vom Sammeln, Verpacken und Versenden des Restmaterials für das mechanische Recycling bis hin zum Einsatz des rezyklierten Materials in den bestehenden Produktionsprozess.

Projektbegleitend finden Workshops statt, die den Firmen Grundlagenwissen zu nachhaltigen Materialien vermitteln. Sie haben Interesse, sich am Projekt zu beteiligen? Nehmen Sie Kontakt auf mit Dr. Kerstin Michalke, per E-Mail an michalke@kompetenzzentrum-ilmenau.de oder telefonisch unter 03641 / 205–390.