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 Selectiv 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 ist 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 angestrebten Forschungsprojektes soll untersucht werden inwieweit sich das anfallende Pulver recyceln und für das sogenannte Fused Layer Manufacturing (FLM) wiederverwenden lässt. Das FLM basiert auf dem Extrusionsverfahren, bei dem Thermoplaste 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.

Ziel der Förderung durch das MINT Programm soll die Finanzierung einer wissenschaftlichen Hilfskraft für ein Semester sein. Im Zuge der Förderlaufzeit wird eine Prozesskette für das Recycling von SLS Pulver entwickelt und im Labormaßstab erprobt. Basierend auf den Ergebnissen findet eine erste Energiebilanzierung statt, die die Grundlage für ein Life Cycle Assessment darstellt. Langfristig wird ein weiterer Kompetenzbereich ausgebaut und aufbauend darauf werden Kooperationen mit Unternehmen und die Einreichung von Forschungsanträgen angestrebt.

Projekt: RePolAM 

Ressourceneffiziente Verarbeitung von recycelten Polymeren mittels additiver Fertigung

Ansprechpartner: 

Prof. Sebastian Bremen

 

Gefördert durch: 
FH Aachen University of Applied Sciences