Forscher skizzieren neue Zukunftsperspektiven für Nachhaltigkeit im 3D-Druck

Die Kreislaufwirtschaft zielt darauf ab, die Umweltbelastung zu reduzieren und die Nachhaltigkeit zu fördern, indem sie auf ein Schließen von Kreisläufen setzt, bei dem Materialien und Produkte möglichst lange in Nutzung bleiben. Hierbei könnte die additive Fertigung nach Optimierung einen wichtigen Beitrag leisten.

Ein internationales Forscherteam aus Italien, den Niederlanden, Singapur, der Schweiz, Schweden und den USA hat eine Vision für ein nachhaltiges und zirkuläres Ökosystem der additiven Fertigung entwickelt. Sie schlagen vor, dass der 3D-Druck den umweltfreundlichen Herstellungsprozess unterstützen kann, wenn er mit einem ganzheitlichen Ansatz verfolgt wird. Dies bedeutet, dass Nachhaltigkeit in allen Phasen der Prozesskette der additiven Fertigung integriert werden muss, darunter Design, Prozessentwicklung der Rohstoffe, Auswahl der Lieferkette sowie Recycling und Wiederverwendbarkeit. Obwohl die additive Fertigung nicht von Natur aus nachhaltig ist, kann sie bei der Schaffung einer Kreislaufwirtschaft eine entscheidende Rolle spielen. Die Forscher betonen, dass nachhaltigkeitsoptimierte Designs in bestehende Designprinzipien integriert und die Branche an globalen Nachhaltigkeitsinitiativen wie den Entwicklungszielen der Vereinten Nationen und dem europäischen Green Deal ausgerichtet werden sollten.

Die Vision der Forscher. (Bild: Jeremy Faludi)

Wie nachhaltig ist der 3D-Druck wirklich?

Der globale Klimawandel, der Verlust der Artenvielfalt und politische Unruhen bedrohen die Verfügbarkeit von Rohstoffen. Werden diese mittels 3D-Druck geschont? Umfassende Abfallreduzierung ist in der Branche selten. Zwar kann die additive Fertigung in einigen Fällen eine erhebliche Menge an Materialabfall reduzieren, jedoch hängt dies stark von der verwendeten Technologie ab. Generell gilt der 3D-Druck als weniger materialeffizient als herkömmliche Fertigungsverfahren. Insbesondere bei der Polymer Powder Bed Fusion und dem Polymerharzdruck entstehen durch die Verwendung von Stützstrukturen mehr Abfälle. Die Nachhaltigkeit des 3D-Drucks variiert demnach stark und hängt von unterschiedlichen Faktoren ab.

Wie kann Nachhaltigkeit im 3D-Druck optimiert werden?

Forscher betonen, dass 3D-Druckprozesse, Maschinen und Materialien neu gestaltet werden müssen. So könnte das Schmelzen von Kunststoffen beim 3D-Druck durch Direktintenschreiben mit Biokompositpasten ersetzt werden, da diese die Umwelt nur halb so stark belasten. Jedoch müssen die mechanischen Eigenschaften dieser Pasten noch verbessert werden. 

Auch die Recyclingfähigkeit von 3D-Druckmaterialien könnte überarbeitet werden. Derzeit erschweren Multimaterial-3D-Drucker das Recycling von Polymeren, da diese oft miteinander vermischt und kontaminiert werden. Zukünftig sollten die Inhaltsstoffe der Materialien kompostierbar sein, um eine umweltfreundliche Entsorgung zu ermöglichen. Ein weiterer Ansatz ist die Nutzung von nachhaltigen Designtools. Es wäre möglich Nachhaltigkeitsfunktionen in Workflows zu integrieren, um den gesamten 3D-Druckprozess umweltfreundlicher zu gestalten.

Potentiale des 3D-Drucks

Mittels additiver Fertigung lassen sich bestehende Designpraktiken nachhaltiger gestalten. Alle Produkte sollten so konzipiert sein, dass sie leicht zu reparieren und zu recyceln sind, denn der 3D-Druck eignet sich gut zur Wiederverwendung und zum Upcycling von Bauteilen. Dies erfordert jedoch klarere Richtlinien. Additive Fertigung wird bereits zur Verarbeitung von Materialien mit unterschiedlichen Anteilen an recycelten Stoffen eingesetzt, aber es bedarf weiterer Forschung, um die Materialien zu identifizieren, welche sich am besten eignen. Wenn die Lagerung von Ersatzteilen nicht kosteneffizient ist, könnten AM-Ersatzteile auf Anfrage am Ort des Bedarfs hergestellt werden.

Die Forscher stellen sich einen Lebenszyklus der additiven Fertigung vor, der digital gelenkt, flexibel und umweltfreundlich ist. Diese Vision kann nur umgesetzt werden, wenn die wichtigsten Unternehmen in der Branche das gemeinsame Ziel der Nachhaltigkeit verfolgen. Auch weiterhin sollte die additive Fertigung in Bezug auf ihre Umweltfreundlichkeit kontinuierlich verbessert werden, um gegen den Klimawandel anzukämpfen. Mehr über die Verbesserungsvorschläge der Forscher erfahren Sie HIER.

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