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Nachhaltigkeit im 3D-Druck - Entdecken Sie die umweltbewussten Aspekte

Einleitung

Der Umgang mit unserem blauen Planeten ist eine der wichtigsten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Und bessere Nachhaltigkeit ist einer der wichtigsten Aspekte für viele Unternehmen und Betriebe. Es gibt viele Möglichkeiten, nachhaltiger zu werden und den Planeten zu schonen. Einer der wichtigsten Ansatzpunkte für Veränderungen liegt in der Produktion. Aber wie kann dieser Prozess nachhaltiger werden und gleichzeitig wettbewerbsfähig bleiben? 

In dieser Diskussion wird immer häufiger die additive Fertigung erwähnt. Die innovativen Produktionstechnologien bieten eine umweltfreundlichere Möglichkeit zur Herstellung von Produkten. 

Aber was genau sind die nachhaltigen Vorteile des 3D-Drucks? Finden wir es heraus!

Was ist 3D-Druck?

3D-Druck ist ein Sammelbegriff für alle additiven Fertigungstechnologien, die unter diesem Begriff zusammengefasst werden. Bei der additiven Fertigung wird Schicht für Schicht Material aufgetragen, um das gewünschte Produkt herzustellen. Im Gegensatz dazu benötigen traditionelle Fertigungsverfahren in der Regel eine Form oder einen Materialblock, um den Produktionsprozess zu starten.  

Es gibt eine ganze Reihe verschiedener 3D-Drucktechnologien wie Multi Jet Fusion und Selective Laser Sintering (SLS), die auf den Druck von Pulverfilamenten spezialisiert sind. 

Bei den Filamentmaterialien wird zwischen Polymer und Metall unterschieden. Polymerfilamente werden hauptsächlich mit der Fused Deposition Modeling (FDM)-Technologie gedruckt, während Metallteile mit der Direct Metal Sintering (DMLS)/ Selective Laser Sintering (SLM)-Technologie hergestellt werden. Für den Druck von Harz gibt es ebenfalls mehrere Druckoptionen, wie Stereolithographie (SLA), Digital Light Processing (DLP)/ Liquid Crystal Display (LCD), Polyjet und CLIP-Technologie

Wenn Sie mehr über die Funktionsweise des 3D-Drucks erfahren möchten, lesen Sie unseren ultimativen Leitfaden zum 3D-Druck.

Entdecken Sie die nachhaltigen Aspekte des 3D-Drucks

Die additive Fertigung bietet viele nachhaltige Aspekte, die sie von anderen Verfahren abheben. Einige von ihnen überschneiden sich, aber es gibt etwa fünf Kernaspekte. Lassen Sie uns einen Blick auf diese fünf werfen!

1. Freiheit des Designs

Designfreiheit ist ein Begriff, der eng mit der additiven Fertigung verknüpft ist. Da es sich beim 3D-Druck um ein Computer-to-Parts-Verfahren handelt, sind computergestützte Modelle unverzichtbar, und genau hier kommt die Designfreiheit ins Spiel. Bei der Erstellung dieser Modelle gibt die Aussicht auf den 3D-Druck dem Designer die Freiheit, ein Teil zu entwerfen, das auf herkömmliche Weise nicht hergestellt werden könnte. Der Schwerpunkt verlagert sich von der Entwicklung eines herstellbaren Teils zu einem Teil, das sowohl druckbar als auch nachhaltig ist. Gitterstrukturen können während des Entwurfsprozesses hinzugefügt werden, oder es kann sogar unnötiges Material aus dem Modell entfernt werden. In diesem Zusammenhang wird oft das Wort “Topologieoptimierung” erwähnt. Dabei handelt es sich um eine Softwarefunktion, die die Geometrie eines Teils verbessert, um herauszufinden, wo ein Objekt Material benötigt und wo es keinen Nutzen für die Effizienz und Leistung des späteren Produkts hat und nur aus ästhetischen Gründen vorhanden ist. Die bestmögliche Optimierung eines Teils ist oft mit einem geringeren Materialverbrauch und damit einer geringeren Verwendung von Rohstoffen im Prozess verbunden. 

Die Freiheit des Designs kann es auch ermöglichen, Teile direkt als Einheit zu gestalten. Bei der herkömmlichen Fertigung müssen die Teile häufig geteilt, separat hergestellt und dann wieder zusammengesetzt werden, um das fertige Produkt zu erhalten. Bei der additiven Fertigung werden die meisten dieser Schritte übersprungen, indem das benötigte Teil direkt in einem Arbeitsgang gedruckt wird, wodurch Material, Zeit und Geld gespart werden. 

Der nachhaltige Aspekt der Designfreiheit endet hier jedoch nicht. Teile, die zum Beispiel im Transportsektor eingesetzt werden, tragen ebenfalls zur Entlastung der Umwelt bei. Denn je mehr ein Flugzeug oder ein Auto wiegt, desto mehr Kohlendioxid wird ausgestoßen. Werden jedoch leichtere Teile eingebaut, kann der Kohlendioxidausstoß reduziert werden. 

2. Weniger Materialabfall

Wie im obigen Absatz erwähnt, kann die Freiheit des Designs dazu beitragen, den Materialbedarf in der Produktion zu verringern. Allerdings benötigt die additive Fertigung in der Regel auch ohne ein optimiertes Teil weniger Rohmaterial als die traditionelle Fertigung. Das liegt daran, dass das 3D-Druckverfahren nur genau so viel druckt, wie das Modell aus der 3D-Datei erfordert, indem Schicht für Schicht hinzugefügt wird. Subtraktive Fertigungsverfahren arbeiten genau umgekehrt. Es wird ein Materialblock benötigt und das Produkt entsteht, indem ein Teil dieses Materials entfernt wird, anstatt es hinzuzufügen. In einigen Fällen können die entnommenen Teile wiederverwendet werden, häufig landen sie jedoch als Abfall im Müll. 

Filamente werden direkt gedruckt, während mit Pulver gedruckte Teile in einem Pulverbett hergestellt werden. Bei diesem Verfahren wird nicht das gesamte Pulver verwendet. Es ist jedoch möglich, das unbedruckte Pulver mit neuem Pulver zu mischen und diese Kombination dann für den nächsten Druckvorgang zu verwenden. Dadurch wird auch der Materialabfall beim 3D-Druck minimiert. 

3. Nachhaltige Materialien

Der Filamentsektor ist der klare Spitzenreiter bei den nachhaltigen Materialien. Sowohl bei Pulver als auch bei Filament gibt es eine ganze Reihe nachhaltiger Optionen, die sich vor allem dadurch auszeichnen, dass sie entweder recycelbar sind oder nicht vollständig aus neuem Kunststoff bestehen.

  • PA11 

Ultrasint® PA11 ist ein Forward AM Pulvermaterial. Es basiert auf einer 100% erneuerbaren Biomasse – Rizinussamen. Das Öl wird aus dem Samen gewonnen, in ein Monomer umgewandelt und zu Polyamid 11 polymerisiert. Dieses PA11-Material ist eine nachhaltige Alternative zu PA12.

  • PLA

PLA-Kunststoff (Polymilchsäure) ist ein Filamentmaterial und verwendet häufig Maisstärke als Rohmaterial. Es ist eines der beliebtesten 3D-Druckmaterialien. 

  • rPET

Ultrafuse® rPET ist ein weiteres nachhaltiges Filamentmaterial von Forward AM. rPET ist ein recyceltes Material, das aus PET-Medizinprodukten hergestellt wird, also aus postindustriellem Material und nicht aus neuem Kunststoff. Ultrafuse® rPET verringert den CO2-Fußabdruck, da weniger neue Rohstoffe gesammelt werden müssen und Energie und natürliche Ressourcen geschont werden.

Andere Unternehmen wie Fiberlogy bieten ebenfalls recycelte Materialien an. Fiberlogy verwendet für die Herstellung seiner rPLA-, rABS- und rNylon-Produktlinie recycelte Materialien, die keine Neuware sind. 

  • TPC 45D

Ultrafuse® TPC 45D ist ein Hochleistungs-Filamentelastomer, das zu 40 % aus Rapsöl statt aus Mineralöl besteht. Dieses biobasierte und flexible Material bietet hohe Leistungen ohne nennenswerte Auswirkungen auf die Umwelt.

  • PETG 

Das Unternehmen Redline Filaments stellt ein “industriell recyceltes” PETG aus Spritzguss-PETG-Abfällen her. Die Abfälle stammen nicht von neuem PETG und sind nicht mit potenziellen Verunreinigungen in Berührung gekommen. 

Das Unternehmen Reflow bietet ein rPETG-Filament an. Sie verwendet Abfälle aus der Produktion von medizinischen Tabletts zur Herstellung von recyceltem Filament.

  • Algen Material 

3D Printlife Algix ALGA recycelt keine alten Materialien, um nachhaltige Optionen zu schaffen, sondern wählt einen anderen Weg. Sie verwenden Algen zur Herstellung verschiedener Filamente wie PLA, ABS und Nylon. Das Produkt besteht jedoch nicht vollständig aus Algen, sondern enthält auch neuem PLA.

  • Fischernetze

Fischernetze sind eines der größten Umweltprobleme in unseren Ozeanen und es gibt viele Netze, die nicht mehr für ihren eigentlichen Zweck verwendet werden können. Fishy Filaments hat diese Netze verwendet und sie in Nylon-Filamente umgewandelt. Da das Unternehmen versucht, auf Zusatzstoffe so weit wie möglich zu verzichten, haben die Filamente eine grüne Farbe.

4. Digitale Lagerhaltung und weniger Überproduktion

Der Einsatz der additiven Fertigung kann jede Lagerhaltung revolutionieren. Normalerweise besitzen Unternehmen riesige Lagerhallen, in denen Ersatz- und Überproduktionsteile gelagert werden. Dieser Weg hat viele Nachteile. Das physische Inventar kostet viel Geld für Energie, Arbeit usw. und je nachdem, wie lange die Teile dort gelagert werden, können sie kaputt gehen oder sind nicht mehr verwendbar und müssen entsorgt werden. Dies ist eine Verschwendung von Material und Energie. 

Die additive Fertigung bietet die Möglichkeit, ein digitales Inventar zu verwenden. Wenn ein Teil benötigt wird, kann es einfach auf Abruf gedruckt und an den Kunden geschickt werden. Dies hilft nicht nur bei der Bekämpfung der heutigen Überproduktion, sondern ist auch außerordentlich kostengünstig und effizient. Überproduktion ist ein großes Problem, vor allem in Sektoren wie der Modebranche. Viele Stücke, die nach ein oder zwei Saisons nicht verkauft wurden, werden schnell entsorgt, was bedeutet, dass die für die Herstellung des Produkts verwendeten Rohstoffe umsonst verwendet oder in einem physischen Bestand gelagert wurden.

Ein digitales Inventar ist auch praktisch, wenn ein Kunde Ersatzteile für ein vor vielen Jahren gekauftes Produkt benötigt. Bei der traditionellen Fertigung müssen diese Ersatzteile jahrelang gelagert und aufbewahrt werden. Bei der additiven Fertigung kann das Ersatzteil aus dem digitalen Bestand gedruckt werden und nimmt keinen Platz in einem physischen Bestand ein.  

5. Reparaturarbeiten

Das Drucken von Ersatzteilen über ein digitales Inventar kann noch einen weiteren Vorteil haben – wenn die additive Fertigung zur Reparatur älterer Produkte wie Autos oder Maschinen eingesetzt wird. Wenn die Teile nicht mehr verfügbar sind, können sie im 3D-Druckverfahren neu hergestellt und dann zur Reparatur des defekten Teils verwendet werden. Auf diese Weise müssen weniger Produkte entsorgt werden. Und es müssen weniger Rohstoffe für die Herstellung neuer Produkte verwendet werden. 

Natürlich kann diese Praxis nicht jedes Mal angewendet werden und ist eine Einzelfallentscheidung.

Was kommt als Nächstes?

Zum jetzigen Zeitpunkt ist die additive Fertigung jedoch noch nicht das perfekte Allheilmittel und auch wenn viele Aspekte in die richtige Richtung gehen, gibt es noch Raum für Verbesserungen. Es sollte mehr nachhaltige Materialoptionen geben und weniger 3D-Druckmaterial, das aus neuem Kunststoff hergestellt wird. Außerdem kann die additive Fertigung mehr Fortschritte bei Recyclinginitiativen machen, insbesondere bei der Herstellung von Prototypen und Iterationen. Es ist also wichtig, dass diese Verbesserungen stetig vorangetrieben werden, um noch nachhaltiger zu werden. 

Die Bedeutung der Nachhaltigkeit in der Fertigung und im Allgemeinen wird in Zukunft noch zunehmen und sollte daher berücksichtigt werden. Der 3D-Druck ist eine innovative Fertigungstechnik und Experten in der gesamten Branche gehen davon aus, dass sie in den kommenden Jahren eine noch größere Rolle spielen wird. Wie groß diese Rolle sein wird, lässt sich nur schwer vorhersagen, aber es gibt noch großes Potenzial für neue nachhaltige Materialien und eine noch geringere Abfallproduktion. 

Wenn Sie 3D-Druck nutzen möchten, um Ihr Unternehmen nachhaltiger zu gestalten und Fragen zu diesem Thema haben, hilft Ihnen unser Expertenteam bei Sculpteo gerne weiter!

Natürlich sind 3D-Drucker nicht ganz billig, wenn Sie ein Teil oder eine Serie drucken wollen. Aber es gibt eine Lösung! Sie können Ihr 3D-Modell bei uns hochladen und wir als Online-3D-Druckservice erledigen den Rest und schicken Ihnen Ihr Teil, sobald es fertig ist. 

Wenn Sie mehr über den 3D-Druck erfahren möchten, empfehlen wir Ihnen, unseren Newsletter zu abonnieren und unseren umfangreichen Lernzentrum mit vielen interessanten Artikeln zu besuchen. 

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