Hintergrund
Mit Additiver Fertigung können Unternehmen qualitativ hochwertige Alltagsprodukte mit teils komplexen Funktionen herstellen – und dies aus nur einem einzigen Material in kurzer Zeit. So können sie den Material- und Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren deutlich reduzieren. Noch ungelöst ist beim 3D-Druck jedoch die Wiederverwendung der eingesetzten Materialien zu neuen Ausgangsstoffen. Für das Design, die Herstellung und das Recycling dieser Produkte hat das Projektteam ein Kaskadenmodell entwickelt, das Medizin, Sport und Lifestyle miteinander verzahnt. Hierbei sind die pulverbettbasierte additive Fertigung, die extrusionsbasierte additive Fertigung und das konventionelle Spritzgießen miteinander verknüpft.
Ziel
Ziel der Forschenden ist das möglichst vollständige und wiederholte Recycling der in den additiven Fertigungsverfahren verwendeten Materialien, so dass sie Teil einer branchenübergreifenden ökologischen Kreislaufwirtschaft werden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konzentrieren sich dabei auf Polymere, also Kunststoffe, und deren Anwendung in Medizin-, Sport- und Lifestyle-Produkten. Das sind zum Beispiel Mittelsohlen für Laufschuhe, Rucksack-Pads, Schienbeinschoner oder Prothesen. Diese Produkte müssen auf die individuellen Anforderungen angepasst werden, so dass sie zu einer erhöhten Lebensqualität im Alltag beitragen.
Außerdem berechnen die Forschenden anhand von Demonstratoren, wie viele Treibhausgasemissionen dank des entwickelten Kaskadenmodells eingespart werden können. Für diese Prognose betrachtet das Projektteam nicht nur die jeweiligen Materialien und Produktionsprozesse, sondern auch das Recycling und die ökologischen Auswirkungen, etwa entstehende Nebenprodukte und Abfälle.
Vorgehen
Am Beginn der Kaskade steht die Additive Fertigung von Produkten, die für individualisierte Anwendungen in der Medizin eine herausragende Qualität aufweisen müssen. Hierfür nutzen die Forschenden die pulverbettbasierten Verfahren Laser Sintering, Multi-Jet-Fusion und High-Speed Sintering. Sind die Produkte nicht länger verwendbar, wird das Material recycelt: Je nachdem, in welchem Zustand es sich befindet, wird es erneut im Pulverbett verarbeitet, oder geht weiter in die Materialextrusion. Dabei können Produkte für Sport oder Lifestyle entstehen – also Bereiche, in denen qualitative Anforderungen an Materialeigenschaften leichter erfüllbar sind. Bei diesem Verfahren kann der Kunststoff so oft wiederverwendet werden, bis er sich letztlich abgenutzt hat. Danach steht er für das Spritzgießen in der Massenproduktion zur Verfügung.
