Umweltbewusste Kunststofftechnik

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Bereitstellung von ressourcenschonenden Materialien für die additive Fertigung

Die additive Fertigung wird als Herstellungstechnik allein nicht ausreichen, um Produkte nachhaltiger zu produzieren. Neben dem recyclinggerechten Design werden vor allem auch kreislauffähige Werkstoffe benötigt, um die Zirkularität von Produkten zu erhöhen. Dabei sollen stets die geforderten Eigenschaften erhalten bleiben. An dieser Stelle ergibt sich der Forschungsbedarf nach rezyklierbaren Kunststoffen (sowohl in Form von post-industriellen Abfällen als auch aus Consumer-Abfall) und alternativen Rohstoffen sowie die Entwicklung von robusten Verarbeitungstechnologien. Vor allem biobasierte Werkstoffe, in denen der Kohlenstoffgehalt überwiegend aus Biomasse stammt, sind Gegenstand der Forschung an alternativen Rohstoffen. Diese Werkstoffe (z.B. basierend auf Holzmehl oder Fruchtkern-Mehlen) werden als Pulvermaterial für das selektive Lasersintern (SLS) bereitgestellt. Hierbei ist eine möglichst runde Partikelform für den Prozess und das anschließende Sinterverfahren von großer Bedeutung.

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3D-Druck als Verwertungstechnologie

Der Kunststoffabfall nimmt von Jahr zu Jahr stetig zu. Laut Umweltbundesamt betrug dieser im Jahr 2017 in Deutschland rund 6,15 Tonnen. Mit 5,2 Tonnen war dabei der Post-Consumer-Abfall der größte Verursacher. An diesem Punkt will der kunststoffcampus mit seiner Konzeptidee ansetzen und die werkstoffliche Wiederverwertung von Kunststoffabfällen anhand eines eigens entwickeltem Kreislaufsystems fördern sowie ausbauen. Dabei soll zunächst ein eigener 3D-Granulat-Drucker entwickelt werden. Mit diesem soll anschließend das aus dem „Gelben Sack“ gesammelte, aufbereitete und zerkleinerte Recyclingmaterial verarbeitet werden. Ziel ist es, einen stabilen Herstellungsprozess zu entwickeln, womit die Produktion von z.B. Ersatzteilen für Haushalts- und Elektrogeräte oder Prototyping-Modelle umsetzbar sind. Hierfür ist die Zusammenarbeit mit Firmen aus verschiedenen Branchen (3D-Druck, Abfallwirtschaft, Handel etc.) erforderlich.

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Umwelteinflüsse und Analytik

Die im Leichtbau oder als Funktionswerkstoffe eingesetzten Kunststoffe müssen häufig nicht nur aggressiven Medien standhalten, sondern auch hohe mechanische Lasten ertragen. Viele Kunststoffe sind daher gegen Umwelteinflüsse äußerst widerstandsfähig und bauen sich in der Natur nur schlecht oder gar nicht ab. Ein einfaches Beispiel dafür stellt Polyethylen dar. Aus dem Blickwinkel der nachhaltigen Kunststofftechnik bei Einsatz von bioabbaubaren Werkstoffen ergibt sich daraus fast automatisch ein Zielkonflikt hinsichtlich der Produktlebensdauer unter Einfluss der Umgebungsbedingungen. Somit gewinnt die Betrachtung der Beständigkeit von Kunststoffen im Gebrauch durch analytische Methoden und Simulation immer größere Bedeutung. Auf Basis dieser Daten kann abgeschätzt werden welche Materialien eingesetzt werden können, da wie am Beispiel von Verpackungen im Haushalt (z.B. Joghurtbecher) nur eine begrenzte Lebensdauer notwendig ist.

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