[vc_row][vc_column][vc_custom_heading text=“Mehr als Abfall“ font_container=“tag:h1|font_size:48|text_align:left“ use_theme_fonts=“yes“ css=“.vc_custom_1676636788562{margin-top: -25px !important;}“][vc_custom_heading text=“Der 3D-Druck komplexer Bauteile mit Reststoffen“ font_container=“tag:h2|font_size:28|text_align:left|color:%23676b6d“ use_theme_fonts=“yes“ css=“.vc_custom_1676636796426{padding-bottom: 10px !important;}“][vc_column_text]Henning Zeidler, TU Bergakademie Freiberg, Angelika Bullinger-Hoffmann, TU Chemnitz

(Titelbild: © SAMSax)[/vc_column_text][ultimate_spacer height=“15″ height_on_tabs=“15″ height_on_tabs_portrait=“15″ height_on_mob_landscape=“15″ height_on_mob=“15″][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_custom_heading text=“Kurz und Bündig“ font_container=“tag:h2|font_size:34|text_align:left“ use_theme_fonts=“yes“ css=“.vc_custom_1661761237969{margin-top: -25px !important;}“ el_class=“box-headline“][vc_row_inner el_class=“box-content-wrapper“][vc_column_inner][vc_column_text]Additive Fertigung als Beitrag zur Kreislaufwirtschaft: Upcyceln von Reststoffen aus Landwirtschaft und Industrie für das 3D-Drucken von komplexen Bauteilen. Das Reallabor SAMSax nutzt „Binder Jetting“ als skalierbare Technologie zur Verarbeitung von pulverförmigen Reststoffmaterialien mit angepassten Bindern und entwickelt entsprechende Prozessketten, um lokale Wertschöpfung mit nachhaltigen Produkten zu generieren.[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][/vc_column][/vc_row][vc_row css=“.vc_custom_1519752670572{margin-top: -10px !important;}“][vc_column][ultimate_spacer height=“30″ height_on_tabs=“15″ height_on_tabs_portrait=“15″ height_on_mob_landscape=“15″ height_on_mob=“15″][vc_column_text]Das simul+ Reallabor SAMSax (Sustainable Additive Manufacturing in Saxony) verfolgt die Vision, eine nachhaltige und ökologische Wende in der sächsischen Industrie zu ermöglichen. Durch das Reallabor sollen biobasierte natürliche sowie industrielle Reststoffe wiederverwertet und mithilfe der Verfahren der additiven Fertigung in der industriellen Fertigung reintegriert werden. Aufgrund dieses innovativen und nachhaltigen Ansatzes wird eine durchgängige und konsequente Kreislaufwirtschaft ermöglicht.[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]Sustainable Additive Manufacturing ist eine besonders innovative Methode der Additiven Fertigung. Die verarbeiteten Materialien sind nicht wie üblich fabrikneue Kunststoffe oder Rohstoffe, sondern Altmaterialien wie Altpapier oder Reststoffe aus der Landwirtschaft und der Industrie. Dies ist möglich, da additive Fertigungsverfahren recht vielseitig in ihrer Ausprägung sind. Ein geeignetes Verfahren zur Nutzung von recycelten Materialien ist das „Binder Jetting“, also der tintenstrahlbasierte 3D-Druck, da es einen hohen Durchsatz bei dennoch guter Detailtreue bietet und daher für die Produktion auch im industriellen Maßstab interessant sein kann.

Die Reststoffe werden hierfür aufbereitet und in Pulverform verwendet. Das Pulver wird als dünne Schicht aufgerakelt und mit einer Bindertinte bedruckt, die die Partikel an den gewünschten Stellen verklebt. Anschließend wird eine neue Schicht aufgerakelt. Das fertige Bauteil entsteht so Schicht für Schicht.

Die Idee, Altmaterialien über 3D-Druck neu zu verarbeiten, steht im Zusammenhang von Kreislaufwirtschaft und „Re-Use-Ansatz“. Vorhandene Ressourcen sollen nicht weiter durch Einmal-Nutzung verschwendet werden. Der Klimawandel ist präsent und es ist klar, dass ein einfaches Fortführen der industriellen Ausbeutung der Ressourcen der Erde nicht denkbar ist. Wirtschaft und Gesellschaft müssen sich nicht nur an der allgemeinen Wirtschaftlichkeit, sondern an der Effizienz im Hinblick auf Ressourcennutzung, am ökologischen Fußabdruck und der Nachhaltigkeit messen lassen. Die Zielstellung einer Kreislaufwirtschaft kann durch neue effiziente Technologien, die kaum Reststoffe anfallen lassen oder diese sogar nutzen, unterstützt werden.[/vc_column_text][vc_custom_heading text=“Digitalisierung treibt Entwicklung“ font_container=“tag:h3|font_size:28|text_align:left|color:%23676b6d“][vc_column_text]Die Entwicklung der Produktion wird zudem durch die Digitalisierung vorangetrieben. Die Additive Fertigung gilt hier als eine Schlüsseltechnologie. Prinzipiell kann sie neben einer verbesserten Materialausnutzung auch Möglichkeiten zur Lokalisierung der Produktion schaffen und somit auch zur Reduzierung von Transportwegen und Treibhausgasemissionen beitragen. Die Verbindung beider Gebiete, die Nutzung innovativer nachwachsender Rohstoffe beziehungsweise lokal verfügbarer Reststoffe für die Additive Fertigung, ist eine logische Konsequenz.

Geeignete Reststoffe können Metall, Papier, Kleider, Elektroschrott oder Plastik sein. Aktuell fallen Reststoffe an, für die es noch keine konkrete oder wenige Verwertungs- bzw. Recyclingketten gibt. Hierzu gehören unter anderem landwirtschaftliche Reststoffe. Diese haben den Vorteil, oft biologisch abbaubar zu sein. Allerdings werden sie heute maximal zur Energiegewinnung verbrannt. Metallische Reststoffe liegen ebenfalls im Fokus, benötigen aber andere Aufbereitungstechnologien, die teils noch entwickelt werden müssen. Zudem wurden Altpapier beziehungsweise Papierfasern aus Verschnittabfällen bei der Kartonageproduktion im Rahmen von Forschungsprojekten mit Industriepartnern bereits erfolgreich untersucht. Es gibt also ein großes Potenzial.[/vc_column_text][vc_custom_heading text=“Herausforderung: Zusammenspiel von verschiedenen Disziplinen“ font_container=“tag:h3|font_size:28|text_align:left|color:%23676b6d“][vc_column_text]Die Verwendung von Altmetall oder Altpapier als 3D-Druck Rohmaterial stellt besondere Herausforderungen dar. Um Reststoffe so verwenden zu können, müssen diese in Pulverform gebracht werden oder bereits vorliegen, wie zum Beispiel Filterstäube, Holzmehl und andere Stoffe. Außerdem müssen der Binder und meist auch die Maschine, also der „Drucker“, an die neuen Werkstoffe angepasst werden. Hier ist viel Entwicklungsarbeit zu leisten, da sich die Materialien von „Charge zu Charge“ in ihren Eigenschaften stark unterscheiden können – zum Beispiel in Bezug auf Feuchtigkeitsgehalt, genaue Zusammensetzung und Weiteres. Das Gerät muss dies tolerieren können. Das Zusammenspiel von verschiedenen Disziplinen – Verfahrenstechnik, Werkstofftechnik, Fertigungstechnik, Mensch-Maschine-Interaktion – ist hier essenziell.

Eine weitere Herausforderung bestand in der Verhinderung von Emissionen, die bei der Zerlegung und neuen Zusammensetzung von Altmaterialien entstehen können. Giftige Dämpfe oder Rauchentwicklung durften nicht entstehen. Im „Binder Jetting“ wird meist bei Raumtemperatur gearbeitet. Aus diesem Grund ist es unkritisch für die Emissionsentwicklung und auch für die thermische Belastung des Werkstoffes. Generell wird im Verfahren versucht, ungiftige Stoffe einzusetzen, sodass die neu gewonnenen Produkte nicht nur nachhaltig und/oder biobasiert, sondern auch biologisch abbaubar sind.[/vc_column_text][vc_single_image image=“32372″ img_size=“large“ title=“Das SAMSax-Reallabor arbeitet an der nachhaltigen und ökologischen Wende für die sächsische Industrie. © Crispin Mokry“][vc_custom_heading text=“Skalierbare Prozesskette erarbeiten“ font_container=“tag:h3|font_size:28|text_align:left|color:%23676b6d“][vc_column_text]Um Sustainable Additive Manufacturing als relevanten Bereich der Kreislaufwirtschaft zu etablieren, muss der 3D-Druck aus Reststoffen für die Massenproduktion anwendbar werden. Nur mit der Verarbeitung einer signifikanten Menge von Altmaterialien wird der Ansatz strukturwirksam. Ziel ist es daher, eine skalierbare Prozesskette zu erarbeiten. Dazu gehört es auch, die potenziellen Lieferanten von Roh- und Reststoffen mit den Verarbeitern und den Anwendern zu vernetzen, um möglichst lokale Lieferketten – zumindest was die Rohstoffe und die Verarbeitung betrifft – zu schaffen. Da die Technologie skalierbar ist, hat sie gute Chancen, auch einen signifikanten Beitrag zur Kreislaufwirtschaft leisten zu können.[/vc_column_text][vc_custom_heading text=“Vom Prototyp zur marktfähigen Lösung – Start-up und Ausgründung
“ font_container=“tag:h3|font_size:28|text_align:left|color:%23676b6d“][vc_column_text]Es wird intensiv am Transfer der Technologien in die Wirtschaft gearbeitet. Das simul+ Modellprojekt „Sustainable Additive Manufacturing in Saxony“ (SAMSax) wird vom Freistaat Sachsen über den Innovationshub des sächsischen Staatsministeriums für Regionalentwicklung (simul+) mit insgesamt einer Millionen Euro gefördert. Es wurde ein Reallabor geschaffen, in dem sich kleine und mittelständische Unternehmen einfach mit der Technologie vertraut machen können, bevor sie diese in ihre eigene Produktion übernehmen. Dadurch ist die Schwelle sehr niedrig, da sowohl Funktionalität als auch die Prozesskette getestet werden können, bevor eigene Investitionen getätigt werden müssen. In Bezug auf Start-ups konnten bereits zwei erfolgreiche Spin-Offs im Bereich Additiver Fertigung aus der Bergakademie Freiberg generiert werden und das nächste Start-up könnte im Bereich Sustainable Additive Manufacturing entstehen.
Die Zeiten für Ausgründungen und Technologietransfer im Bereich Kreislaufwirtschaft sind günstig. Durch Corona, Krieg und Preissteigerungen entstanden an vielen Stellen Materialknappheit und Lieferengpässe. Der Material- und Ressourceneinsatz wurde neu bewertet. Technologien der Kreislaufwirtschaft können zur Krisenbewältigung eingesetzt werden und haben dadurch eine höhere Nachfrage und höhere Aufmerksamkeit erhalten. Die Kreislaufwirtschaft wird zum Vorteil, wenn es um Rohstoffe beziehungsweise Ressourcen geht. SAMSax versucht lokale Reststoffe „upzucyceln“ und damit kurze Lieferketten und hohe Wertschöpfung zu ermöglichen. Die Nachfrage und Motivation sind groß, obwohl mit dem Verfahren bisher noch nicht die gleichen Eigenschaften für Produkte wie aus Primärrohstoffen erreicht werden konnten. Die Entwicklung geht hier aber weiter.[/vc_column_text][vc_custom_heading text=“Blick in die Zukunft“ font_container=“tag:h3|font_size:28|text_align:left|color:%23676b6d“][vc_column_text]Die zukünftige Rolle von Sustainable Additive Manufacturing mit anfallenden Reststoffen in Deutschland muss den Weg hin zur Kreislaufwirtschaft gehen. Das bedeutet, dass der 3D-Druck mit Reststoffen integraler Bestandteil der Kreislaufwirtschaft werden muss. Die Additive Fertigung ist produktseitig sehr flexibel und kann als Werkzeug dienen, um Technologie und Nachhaltigkeit intelligent zu verbinden. Wenn eine Skalierung auf industrielle Maßstäbe gelingt, ist dies sicher ein wichtiger Baustein. Um dies zu erreichen, muss die technologische Entwicklung, aber auch die Vernetzung der Akteure aus verschiedensten Bereichen erfolgreich fortgeführt werden. Das simul+-Reallabor Sustainable Additive Manufacturing in Saxony möchte dazu einen Beitrag leisten.[/vc_column_text][ult_createlink title=“Zu den Literaturangaben“ btn_link=“url:https%3A%2F%2Fbit.ly%2F3Wo4rVD|target:_blank“][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][ult_dualbutton btn_hover_style=“Style 2″ btn_border_style=“solid“ btn_color_border=“#ffffff“ btn_border_size=“2″ btn_alignment=“left“ dual_resp=“off“ button1_text=“Einzelheft kaufen“ icon_link=“url:https%3A%2F%2Fwww.im-io.de%2Fproduct%2Fmetaverse%2F|title:Metaverse%2C%20NFTs%20%26%20Cryptos|target:_blank“ btn1_background_color=“#f3f3f3″ btn1_bghovercolor=“#f07d00″ icon=“Defaults-book“ icon_size=“22″ icon_color=“#f07d00″ icon_hover_color=“#ffffff“ button2_text=“Jetzt abonnieren“ btn_icon_link=“url:https%3A%2F%2Fwww.aws-institut.de%2Fim-io%2Fabo%2F|title:Abo||“ btn2_background_color=“#f3f3f3″ btn2_bghovercolor=“#f07d00″ btn_icon=“Defaults-chevron-right“ btn_icon_size=“22″ btn_icon_color=“#f07d00″ btn_iconhover_color=“#ffffff“ divider_text=“oder“ divider_text_color=“#f07d00″ divider_bg_color=“#ffffff“ btn1_text_color=“#f07d00″ btn1_text_hovercolor=“#ffffff“ btn2_text_color=“#f07d00″ btn2_text_hovercolor=“#ffffff“ title_font_size=“desktop:20px;“ btn_border_radius=“30″ title_line_ht=“desktop:22px;“ btn_width=“280″][/vc_column][/vc_row]