FDM und Lasersintern Hochwertige 3D-Druck-Teile aus recycelten Materialien

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Im Forschungsprojekts TIRIKA wollen Wissenschaftler mehrerer Forschungseinrichtungen gemeinsam mit Partnern aus der Industrie die Luftfahrt nachhaltiger gestalten. Unter anderem soll der Anteil von Kunststoff-Recyclingmaterial in additiven Produktionsverfahren erhöht werden.

Neben Filamenten aus recycelten Gepäckfachklappen wird auch nicht verwendetes Kunststoffpulver aus dem Lasersintern für einen erneuten Einsatz untersucht.
Neben Filamenten aus recycelten Gepäckfachklappen wird auch nicht verwendetes Kunststoffpulver aus dem Lasersintern für einen erneuten Einsatz untersucht.
(Bild: Fraunhofer IPA/ Rainer Bez )

Ein Bauteil, das in der Luftfahrt bereits additiv hergestellt wird, ist die Klappe des Gepäckfachs über dem Sitz. Sie besteht aus Polyetherimid (PEI), einem schwer entflammbaren Kunststoff, der im Brandfall keinen giftigen Rauch verursacht. Künftig sollen die Klappen am Ende ihres Produktlebenszyklus nicht mehr auf dem Müll landen, sondern geschreddert und zu Kunststoff-Filamenten für das Fused Deposition Moulding (FDM) verarbeitet werden. Ein 3D-Drucker kann aus den recycelten Materialien dann neue Bauteile für die Luftfahrt fertigen. Das Problem dabei: recyceltes PEI hat nicht die gleichen Eigenschaften wie Neues.

Filamente aus recyceltem PEI

Das Forschungsteam des Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA widmet sich deshalb folgenden Fragen: Wie fließfähig ist recyceltes PEI, wenn es im 3D-Drucker aufgeschmolzen wird? Wie oft kann PEI überhaupt verarbeitet werden, bevor es unbrauchbar wird? Mit welchen Parametern muss das wiederverwendete PEI verarbeitet werden? Bei der Klärung spielt laut Fraunhofer IPA ein sogenanntes Degradationsmodell, das die Wissenschaftler entwickeln wollen, eine wichtige Rolle. Es soll zeigen, wie sich die Eigenschaften eines Materials ändern, wenn es altert. Daraus ließe sich dann ungefähr ableiten, wie die Einstellungen am 3D-Drucker verändert werden müssten, damit er aus Recyclingmaterial Bauteile fertigt, die jenen aus neuem PEI in nichts nachstehen.

Kunststoffpulver länger im Prozess halten

Wie das Fraunhofer IPA mitteilt, werden auch die Kunststoffpulver Polyamid 12 (PA12) und Polyetherketonketon (PEKK) aus dem selektiven Lasersintern unter die Lupe genommen. Das Pulver, das hier nicht verdruckt wurde, ist durch den Verarbeitungsprozess geschädigt und hat veränderte physikalische und chemische Eigenschaften. Deshalb könne das überschüssige Pulver nicht komplett wiederverwendet werden, sondern nur etwa 60 bis 70 Prozent. Der Rest muss neu sein. Ein weiteres Forschungsteam möchte nun klären, wie sich die Eigenschaften von Polyamid oder PEKK verändern, wenn es einen oder mehrere Druckprozesse hinter sich hat. Denn wenn das bekannt ist, kann man Qualitätsaussagen des gebrauchten Pulvers erfassen und dieses vor der Verarbeitung gezielt aufbereiten. So kann eine größere Menge Pulver länger im Prozess gehalten werden und es muss am Ende vielleicht nur noch zehn oder 20 Prozent neues Pulver beigemischt werden, heißt es.

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