Treibhausgasreduktion im Fokus – Potentiale des 3D Drucks

Kunststoffbasierte 3D-Druckverfahren können dazu beitragen, die Treibhausgasemissionen bei der Herstellung von Bauteilen zu reduzieren. Gründe hierfür sind die Erhöhung der Materialeffizienz, die leichtere Bauweise der gedruckten Bauteile und die Möglichkeit der lokalen Produktion. Ziel des Projektes ist es, die Einsparungen durch den Einsatz von 3D-Druckverfahren zu quantifizieren und die wesentlichen Stellschrauben zur Verbesserung der ökologischen Performance zu identifizieren.

Problem- und Zielbeschreibung

In den letzten 30 Jahren hat sich die additive Fertigung von einer Prototyping-Methode zu einer industriellen Fertigungstechnologie entwickelt, was auf gesteigerte Produktivität und Prozessstabilität zurückzuführen ist. Besonders pulverbettbasierte Verfahren wie Selektives Lasersintern (PBF-LB/P) und Highspeed Sintering (PBF-IR/P) ermöglichen die Herstellung von Kunststoffteilen aus thermoplastischen Pulvern (z.B. PA11, PA12, PP) mit Eigenschaften ähnlich dem Spritzguss. Vorteile sind höhere Materialeffizienz, leichtere Bauteile und lokale Produktion, was die Umwelt schont. Eine umfassende Bilanzierung der Umweltauswirkungen des kunststoffbasierten 3D-Drucks und das Treibhausgaseinsparpotenzial fehlt jedoch. Ziel des Projekts ist es daher, die ökologischen Auswirkungen des kunststoffbasierten 3D-Drucks zu bewerten, um das Treibhausgaseinsparpotenzial zu ermitteln und zu bestimmen, welche Unternehmen und Produkte davon profitieren können.

Detaillierter Projektablauf

Zunächst erfolgt die Abbildung der Prozesskette des ausgewählten 3D-Druckprozesses. Danach werden relevante konventionelle Verfahren, wie beispielsweise der Spritzguss, identifiziert und deren Prozessketten ebenfalls abgebildet. Anschließend werden die erforderlichen Daten festgelegt und gesammelt. Auf dieser Basis erfolgt die Quantifizierung der Umweltauswirkungen des pulverbettbasierten 3D-Drucks für Polymere. Parallel dazu werden die Umweltauswirkungen des konventionellen Verfahrens ermittelt. Darauf aufbauend werden die möglichen Treibhausgaseinsparungen, die durch den Einsatz des 3D-Drucks erzielt werden können, berechnet. Mithilfe einer Sensitivitätsanalyse werden wesentliche Einflussfaktoren identifiziert, die sich auf die Treibhausgaseinsparung auswirken. Abschließend werden Handlungsempfehlungen abgeleitet, um den 3D-Druck gezielt zur Reduktion von Treibhausgasen einzusetzen.

Projektnutzen

• Modellierung von 3D-Druckprozessen für Polymere und dessen Treibhausgasbilanzierung
• Identifikation wesentlicher Stellschrauben zur Optimierung der Umweltwirkungen
• Ableitung eines Vorgehensmodells zur Sicherstellung der Übertragbarkeit auf andere  3-D Druckverfahren
  

Das Projekt bildet die Grundlage für die Modellierung von pulverbettbasierten 3D-Druckprozessen für Polymere, um eine ganzheitliche Bilanzierung der Treibhausgasemissionen zu ermöglichen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als Modellierungsgrundlage und Leitfaden für andere 3D-Druckverfahren und Materialien.

Finanziert durch