Wissenschaftler bauen Großraumdrucker für Kunststoffrecycling

Gruppenfoto Pellet-3D-Druck

Die additive Fertigung, auch als 3D-Druck bekannt, hat sehr viele Anwendungsmöglichkeiten. Es können zum Beispiel durch die sogenannte Topologieoptimierung Gewicht oder durch Systemintegration Montageschritte eingespart werden. Solche Anwendungsfälle mit industriellem Bezug werden im Labor für additive Fertigung am Umwelt-Campus Birkenfeld untersucht. Doch schnell stellte sich die Frage: „Was tun mit Kunststoffabfällen, die bei Druckprozessen anfallen?“. Diese Frage wird seit mehreren Jahren im Labor für Additive Fertigung am Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier untersucht. Die Druckabfälle der ca. 40 3D-Drucker des Labors werden gesammelt und zu 100% für den Druckprozess aufbereitet. Die Kunststoffe werden hierzu zerkleinert, aufgeschmolzen, in der Regel mit neuem Granulat vermischt und zu einem dünnen Draht, dem sogenannten Filament extrudiert. Dieses Filament wird während des 3D-Drucks erneut aufgeschmolzen und schichtweise zu dem gewünschten Modell aufgebaut.

Die Forschergruppe trieb jedoch die Frage an, wie der Druckprozess schneller und ressourcenschonender gemacht werden kann. Mit dieser Motivation entwickelten die Maschinenbauer am Umwelt-Campus Birkenfeld einen pelletbasierten Großraum-3D-Drucker. Der im Drucker eingesetzte Direktextruder ermöglicht es, Mischungen aus zerkleinerten Kunststoffresten und neuem Granulat direkt für den Druckprozess zu nutzen. Der Drucker wurde insbesondere in den Abschlussarbeiten des Maschinenbaustudiums von Michael Blug und Bruno Gallace entwickelt und aufgebaut. Mit dem Drucker können Objekte bis zu einer Größe 800 x 800 x 1000mm hergestellt werden.

Die Vorarbeiten waren von so hoher Qualität, dass die Weiterentwicklung des Projektes von der Carl-Zeiss-Stiftung im Programm CZS Prototypen für ein Jahr mit 75.000€ gefördert wurde. Die Förderdauer nutzte das Team unter anderem, um den Drucker einzuhausen und somit unempfindlicher gegen äußere Temperatureinflüsse zu machen. Weiterhin wurden Bauteile optimiert und somit die Effizienz weiter gesteigert. Aktuell kann mit dem Drucker mehr als 1 kg Kunststoff pro Stunde verarbeitet werden.

Mit dem optimierten Drucker sollen nun höherwertige und insbesondere Industriekunststoffe recycelt werden, um Kunststoffabfälle einem Kreislaufprozess für die additive Fertigung zuzuführen. Hierbei wird „der 3D-Druck insbesondere durch den Entfall der Filamentherstellung ressourcenschonender“ so Prof. Wahl, Leiter der Arbeitsgruppe.