Die additive Fertigung bietet eine ganze Reihe Vorteile in Bezug auf kosten- und ressourceneffizientere Produktion, die sich aus den neuen Möglichkeiten für Konstruktion, Fertigung und Geschäftsmodelle ergeben. Um ihre Potentiale aufzuzeigen, hat der Europäische Verband der Werkzeugmaschinenindustrie und verwandter Fertigungstechnologien (Cecimo) nun eine Broschüre mit Fallbeispielen aus ganz Europa zusammengestellt.
Autor: Thorsten Bell, Forschung und Technik, VDW
Natürlich bietet auch die additive Fertigung noch Spielraum, um ihren eigenen CO2-Fußabdruck zu verbessern. So ist zum Beispiel der Energieverbrauch in der Phase der Werkstoffproduktion wie der Pulverherstellung und der Herstellung von AM-Produkten relativ hoch. Das allerdings kann durch Einsparungen bei der Verwendung der Endprodukte wieder ausgeglichen werden, so dass der industrielle 3D-Druck unterm Strich Vorteile in Sachen Nachhaltigkeit bietet. So gilt die additive Fertigung als eine der Schlüsseltechnologien, die Umweltauswirkungen minimieren und Energie und natürliche Ressourcen weitestgehend schonen.
Hier eine Auswahl der Fallbeispiele:
Blick nach Norwegen:
F3nice gewinnt Metallpulver aus Schrott und AM-Abfällen
Im ersten Beispiel stellt das Unternehmen F3nice, dessen Zentrale in Norwegen liegt, Metallpulver für die additive Fertigung her, die aus 100 % Recycling-Material gewonnen werden. Dazu werden Metallabfälle aus der Öl- und Gasindustrie (Metallschrott), aber auch aus der AM-Wertschöpfungskette selbst (verbrauchtes Pulver, misslungene Drucke usw.), gesammelt und wieder zu Pulver verarbeitet. Diese Metallpulver finden Eingang in das AM-Rohmaterial für Anwendungen im Bereich Binder Jetting, Powder Bed Fusion (PBF) und Direct Energy Deposition (DED). Der Einsatz der Pulver wurde auf verschiedenen Systemen von unabhängigen Experten geprüft, um die Qualität der Endprodukte sicherzustellen.
Mit Hilfe der Abteilung für Umwelttechnik am Politecnico di Milano wurde eine Ökobilanz sozusagen von der Wiege bis zur Bahre durchgeführt, um die CO2-Einsparungen in diesem Bereich der Kreislaufwirtschaft im Vergleich zur linearen Standardwirtschaft zu bewerten. Unterstützt durch das Ergebnis vertritt man bei F3nice die Ansicht, dass wirtschaftliche Anreize ein wichtiger Schritt sind, um AM zu einem echten Motor der Kreislaufwirtschaft zu machen. Auch ein rechtlicher Rahmen sei demnach notwendig, der echte Anwendungen der Kreislaufwirtschaft zertifiziert und Greenwashing-Praktiken verhindert.
Blick nach Italien:
3D4MEC ersetzt Fräsen durch additive Fertigung mit einer Abfallreduktion um 95 %
Das in Italien beheimatete Unternehmen 3D4MEC, eine Ausgründung der Universität von Genua, rechnet für die Herstellung eines 3D-gedruckten Kardangelenks, das aus wenigen Komponenten besteht, vor: Die Herstellung des innovativen Gelenks auf dem hauseigenen 3D4Steel-Drucker dauert rund 44 Stunden. Die Produktion mit AM führt zu einem Bauteil mit einem Gesamtvolumen von 180 cm3 (1,8 kg) bei einer geringen Menge Abfall (ca. 110 g), was weniger als 8 % des Bauteilmaterials entspricht. Wäre das Bauteil durch einen Fräsprozess hergestellt worden, hätte dies zu einer Abfallmenge von rund 35 kg geführt. Die Produktion mittels additiver Fertigung ermöglicht also die Herstellung neuer komplexer Geometrien in Verbindung mit einer Reduzierung der Abfallmenge um 95 % im Vergleich zu herkömmlichen Technologien.
Beim Pulverbett-Verfahren werden Pulver mit einer Partikelgröße zwischen 25 und 70 µm verwendet. Der Produktionsprozess ist im Allgemeinen mit Abfall von wenigen Prozent verbunden. Er entsteht in der Kontur des Objekts, wenn dieses in Kontakt mit dem Laser kommt und das Pulver schmilzt. Der Drucker für die Herstellung des Kardangelenks verfügt über einen würfelförmigen Arbeitsraum der Kantenlänge 110 mm. Die 3D4Steel-Drucker ermöglichen zudem ein kontinuierliches Recycling des Pulvers noch während des Druckvorgangs. Daher verwendet man hier nur ein minimales Volumen an Pulver, das für den Prozess erforderlich ist, wodurch sich auch die Interaktion des Bedieners mit dem Pulver und dessen Verteilung in der Umwelt reduziert. Die Anlage wurde in dem Beispiel mit 30 kg Metallpulver für die Produktion in Auftrag 1 und anschließend in Auftrag 2 und 3 beladen. Am Ende der Herstellung der drei Druckaufträge standen noch 27 kg Pulver für die nächste Produktion zur Verfügung, das heißt rund 98 % des Pulvers wurden nicht in das jeweilige Endprodukt umgewandelt.
Blick nach Großbritannien:
WAAM-Verfahren spart der Raumfahrt Titan
Im letzten hier genannten Beispiel hat ein Team aus Großbritannien, bestehend aus den Unternehmen Thales Alenia Space, WAAM3D, Glenalmond Technologies und der Universität Cranfield, erfolgreich einen ersten Prototyp eines Titandruckbehälters in Originalgröße für die zukünftige Weltraumforschung hergestellt. Der Behälter ist etwa 1 m hoch, wiegt 8,5 kg und besteht aus der Titanlegierung Ti-6Al-4V. Er wurde im WAAM-Verfahren (Wire-and-Arc-Additive Manufacturing) hergestellt, das hohe Auftragsraten ermöglicht und sich durch eine schnelle Fertigung auszeichnet. Dadurch konnten die Vorlaufzeiten verkürzt und 30 Mal weniger Rohstoffe verbraucht werden als bei herkömmlichen Verfahren. Durch das WAAM-Verfahren können somit mehr als 200 kg Ti-6Al-4V für jedes Bauteil eingespart werden.
Das Unternehmen WAAM3D wünscht sich eine Forschungsfinanzierung zur Entwicklung von Methoden, die die Produktion von erstklassigen AM-Werkstoffen unter starker Verwendung von Recyclingmaterialien ermöglichen. Dies ist aus Sicht des Unternehmens unerlässlich, um AM-Lösungen zu einem echten Enabler der Kreislaufwirtschaft zu machen.
Zur Broschüre
Weitere Fallbeispiele zur Unterstützung der Kreislaufwirtschaft finden Interessierte in der Cecimo-Broschüre. Neben den Fallbeispielen enthält sie auch Informationen zu den nationalen Verbänden, in denen sich die AM-Unternehmen europaweit organisiert haben. (eve)
