Treibhausgasreduktionspotential durch Prozessoptimierung am Beispiel FDM

Ziel des Projekts besteht zum einen in der Identifizierung von ökologischen Hot-Spots im Fused Deposition Modeling (FDM)-Druck, zum anderen in der Untersuchung der Abhängigkeit von Prozessparametern und Treibhausgaspotential. Hierzu wurde eine Messreihe entwickelt, in welcher ein Referenzbauteil mit verschiedenen Prozessparametern gedruckt und die dazu nötigen materiellen sowie energetischen Inputs gemessen wurden. Anschließend wurden die ökologischen Hot-Spots sowie der Einfluss der Prozessparameter auf das Treibhausgaspotential im FDM-Druck ermittelt.

Problem- und Zielbeschreibung

Wird ein Bauteil in einem FDM-Prozess hergestellt, müssen Prozessparameter eingestellt werden. Viele Parameter leiten sich aus dem Material und der Bauteilgeometrie ab, sind aber gleichzeitig in gewissem Rahmen frei wählbar. Zudem lassen sich viele Abhängigkeiten zwischen Parametern beobachten. Um ein Optimum der Prozessparameter zu ermitteln, werden derzeit Umweltaspekte in der Regel noch nicht mitberücksichtigt. Im Rahmen dieses Projekts wurde ermittelt, wie hoch das Treibhausgasreduktionspotential durch eine Optimierung der Parameter hinsichtlich Umweltwirkungen ist. Hierzu sollen zuerst mithilfe von bereitgestellten Primärdaten der Produktion eines Beispielbauteils die ökobilanziellen Hotspots identifiziert werden. Anschließend wird eine Messreihe entwickelt, durch welche der Einfluss auf die Inputs des FDM-Prozesses bestimmt werden kann. Nach Abschluss der Messreihe wird das Treibhausgasreduktionspotential durch die Variationen der Prozessparameter ermittelt.

Detaillierter Projektablauf

In einem ersten Arbeitsschritt wurden nötige Datenpunkte für die Berechnung des PCFs des Prozesses definiert. Für diese Datenpunkte wurden im zweiten Arbeitsschritt verfügbare Daten gesammelt und wo nötig Primärdaten an den Produktionsanlagen selbst erhoben. Daten wurden für verschieden Prozessvariationen erhoben, um Optionen in der Prozessauslegung widerzuspiegeln. Die Bewertung der Bauteilqualität erfolgte simultan für alle definierten Varianten. Im dritten Arbeitsschritt wurden die Treibhausgasemissionen für die unterschiedlichen Produktauslegungen berechnet. Hotspots in den Prozessvarianten und zwischen den Varianten wurden herausgearbeitet. Im vierten Schritt wurde ein Konzept zur Reduktion der Treibhausgase für den betrachteten Prozess erarbeitet.

Im Rahmen der Untersuchung wurde eine Abhängigkeit von Prozessparametern und Treibhausgasemissionen festgestellt. Prozessparameter wie die Fülldichte und Wandstärke beeinflussen durch die unterschiedliche Materialmenge die Treibhausgasemissionen stark, wohingegen Prozessparameter wie die Düsentemperatur und die Linienbreite nur einen geringen Einfluss auf die Treibhausgasemissionen aufweisen. Ein Zusammenhang zwischen Treibhausgasemissionen und Bauteilqualität konnte nicht festgestellt werden.

Projektnutzen

• Aufzeigen ökologischer Hot-Spots im FDM-Druck
• Einfluss von Prozessparametern auf das Treibhausgaspotential
• Abschätzung der Umweltkennwerte von kundenspezifischen Elektronikbauteilen
• Ergebnisse dienen als Grundlage zur effektiven Parameteroptimierung
• Grundlage zur genaueren Untersuchung einzelner Prozessparameter
  

Projektnutzen in einem Satz

Der Projektnutzen liegt im verbesserten Verständnis zur ökologischen Optimierung von FDM-Druck-Prozessen.

Zitat

Die Zusammenarbeit mit dem S-TEC ZKP hat uns wertvolle, datenbasierte Einblicke in unsere FDM-Prozesse ermöglicht. Besonders hervorzuheben ist die strukturierte Analyse der Prozessparameter, die tatsächlich einen relevanten Einfluss auf das Treibhausgaspotenzial haben. Die Ergebnisse liefern uns eine fundierte Grundlage, um zukünftige Optimierungen gezielt sowohl unter ökologischen als auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten voranzutreiben.“

Tobias Sommer, Geschäftsführer strataNEX GmbH

Finanziert durch