Ressourceneffiziente Verarbeitung von recycelten Polymeren mittels additiver Fertigung – RePolAM
In Gesellschaft und Industrie ist ein zunehmendes ökologisches Bewusstsein vorhanden,
was in einem Umdenken hinsichtlich einer ökologischen Umweltwirtschaft resultiert.
Diese Veränderungen im Konsumverhalten der Konsument:innen und
das damit verbundenen proaktive Verhalten sorgen dafür, dass sich Unternehmen
bei der Herstellung ihrer Produkte bereits heute Gedanken zum Recycling und zur Wiederverwendung der Rohstoffe machen
müssen. Eine wichtige Industriebranche, die sich mit dieser Herausforderung
konfrontiert sieht ist die Kunststoffverarbeitende Industrie. Aufgrund der
Recyclingfähigkeit einer großen Anzahl an Kunststoffen besteht ein
signifikantes Potential Produktionsausschüsse und Werkstoffreste
wiederzuverwenden und damit Ressourcen zur Herstellung neuer Kunststoffe
zu reduzieren.
Die Additive Fertigung (AF) ist neben der Geometriefreiheit auch für die Möglichkeit der Ressourceneffizienten Fertigung bekannt. Vorzugsweise wird nur an den benötigten Stellen Material im Prozess gefügt, abgelegt und oder verfestigt. Auch das sogenannte Selective Laser Sintering (SLS) ist ein auf Thermoplasten basierendes schichtaufbauendes Verfahren. Es handelt es sich dabei um ein Pulverbett-Verfahren, dass auf der selektiven Belichtung von Konturen und Flächen mittels eines Lasers basiert. Durch die Laserbelichtung wird das Pulver angeschmolzen und mit der vorherigen Schicht verbunden. Das im Prozess nicht belichtete Pulver kann erneut aufbereitet und in den Prozess zurückgeführt werden. Konventionell wird das Altpulver gesiebt und ungenutztes Pulver in einem definierten Mischverhältnis von bis zu 50 Gew-% beigemischt. Die Auffrischung und Rückführung des Materials sind jedoch aufgrund der zunehmenden chemischen Alterung begrenzt wiederholbar. Bei diesem additiven Fertigungsprozess fallen daher üblicherweise große Mengen undefiniert thermisch belastete Pulver als Abfallprodukt an.
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde untersucht, inwieweit sich das anfallende Pulver recyceln und für das sogenannte Fused Layer Manufacturing (FLM) wiederverwenden lässt. Das FLM basiert auf dem Extrusionsverfahren, bei den Thermoplasten über eine beheizte Düse geschmolzen und aufgetragen werden. Durch die Entwicklung einer ganzheitlichen Prozesskette zum Recycling von Kunststoffen zu additiv verarbeitbarem Material können zukünftig Abfälle und Produktionsausschuss recycelt werden. Durch die Entwicklung einer Prozessführung für das FLM kann dieser recycelte Kunstsoff mit einem Materialausnutzungsgrad von nahezu 100% verwendet werden, um Funktionsbauteile für unterschiedliche Branchen zu fertigen. Dadurch wird CO2 eingespart, was sonst zur Herstellung von polymeren Ausgangsprodukten für den Spritzguss oder die additive Fertigung neu hergestellt werden müsste. Zudem kann der in den Unternehmen vorhanden Ausschuss an Kunststoffen direkt recycelt und wiederverwendet werden.
Im Zuge des Projekts ist eine Prozesskette für das Recycling von SLS-Pulver entwickelt und im Labormaßstab erprobt worden. Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen und Versuche haben gezeigt, dass ein Recycling des Altpulvers möglich ist. Durch ein iteratives Vorgehen wurde ein Parametersatz für den Extrusionsprozess zur Herstellung von Filament sowie für das nachgelagerte FLM-Verfahren erstellt. So konnte neues Filament hergestellt und für die weitere Verarbeitung eingesetzt werden. Als Ergebnis konnten Bauteile mit zufriedenstellenden mechanischen Eigenschaften und guter Qualität hergestellt werden.
Projekt: RePolAM
Ressourceneffiziente Verarbeitung von recycelten Polymeren mittels additiver Fertigung
Ansprechpartner:
Prof. Sebastian Bremen
Gefördert durch:
