Tag der Erde: Der 3D Druck in den vier Elementen

Die Erhaltung unseres Planeten ist zu einem der wichtigsten Anliegen unserer Gesellschaft geworden, und auch wenn es schwierig und langwieriger Prozess ist, die Mentalität der Menschen zu ändern, gibt es doch einige Initiativen, die sich für den Schutz der Ressourcen der Erde einsetzen. Dies ist bei vielen Unternehmen der Fall, die additive Fertigungsverfahren anwenden: Wie Sie wissen, wird per Definition Material Schicht für Schicht hinzugefügt, um ein Teil zu bauen. Dadurch wird die Abfallmenge reduziert. In diesem Sinne ist die additive Fertigung „nachhaltiger“ als andere Fertigungsmethoden. Der 3D-Druck ermöglicht auch eine Aufwertung der lokalen Gegebenheiten und fördert eine stärkere Kreislaufwirtschaft. Um Ihnen einige dieser Initiativen näher zu bringen, haben wir einen originellen Ansatz gewählt, um die vier Elemente Erde, Wasser, Wind und Feuer näher zu betrachten. Wie werden diese Elemente durch die additive Fertigung bewahrt? Wie werden diese Ressourcen genutzt, um eine nachhaltigere Welt aufzubauen? Hier sind einige Beispiele, die unseren Planeten in den Vordergrund stellen!

Erde

TOVA – Spaniens erster 3D-gedruckter Hausprototyp mit lokalem Boden

TOVA wurde von einer Gruppe von Studenten und Fachleuten des Instituts für fortgeschrittene Architektur von Katalonien in Barcelona (IAAC) unter Verwendung der 3D-Druckeinrichtungen von WASP und der Grasshopper-Software von Rhinoceros 3D entwickelt. Für den Bau des Gebäudes kombinierten sie die traditionelle Bauweise mit der additiven Fertigung, indem sie das Beste aus beiden Verfahren herausholten und auf das Projekt anwendeten. Ihre Baumaterialien waren ausschließlich nachhaltig: Lehm und Wasser. Um die perfekte Mischung aus natürlichen Materialien für den Druck zu erhalten, wurden die Bodenbedingungen untersucht. So konnte die richtige Mischung aus Lehm und Wasser gefunden werden, um die Wände zu formen. Darüber hinaus wurden Geopolymere für die Unterkonstruktion und Holz für das Dach verwendet. Den Machern gelang es, einen 3D-gedruckten Prototyp eines Wohnhauses im Maßstab 1:1 zu bauen, wobei sie Lehm und Holz für das Dach verwendeten und dafür sorgten, dass es witterungsbeständig war. Ebenfalls kann man sehen, dass sie sich beim Design Mühe gegeben haben, eine schöne und gemütliche Konstruktion zu schaffen.

Bild: IAAC

TECLA – nachhaltige Wohnung aus 3D-gedruckter Erde

Tecla ist ein ökologisch nachhaltiges Haus, das in Massa Lombarda, Ravenna, aus lokaler Roherde 3D-gedruckt wurde. Die Entstehung wurde durch die Zusammenarbeit zwischen der School of Sustainability, dem Architekten Mario Cucinella und dem Gründer von WASP ermöglicht, die sich auf die 3D-Drucktechnologie von Crane WASP stützen. Tecla ist ein kohlenstoffneutrales Haus, das aus lokaler Naturerde hergestellt wird, wodurch Abfälle reduziert werden. Die Form wurde unter Berücksichtigung des Klimas und des Breitengrads entworfen. Die Erdmischung wurde optimiert, um die thermische Masse auszugleichen und die besten Bedingungen in Bezug auf Wärmedämmung und Belüftung zu gewährleisten. Tecla ist etwa 60 Quadratmeter groß und unterteilt sich in einen Tagesbereich mit Küche und einen Nachtbereich mit Bad. Ein Teil der Möbel ist in die Rohbodenstruktur integriert, während andere so konzipiert sind, dass sie in Zukunft recycelt oder wiederverwendet werden können.

Bild: Mario Cucinella

Wasser

3D-Druck zur Aufbereitung von verschmutztem Wasser im Mar Menor

Wasser macht etwa 71 % der Erdoberfläche aus, in Form von Ozeanen, Seen, Meeren, Gletschern, Eiskappen, Flüssen und vielem mehr. Nicht nur das, es ist auch entscheidend für die Gesundheit unseres Planeten. Trotzdem sind wir mit einer Reihe von Industriekatastrophen konfrontiert, die mit Wasser zu tun haben, vor allem mit der Verschmutzung. Es scheint, dass der 3D-Druck zur Lösung dieser Probleme beitragen könnte. Vor einigen Jahren wurde das Mar Menor, eine Salzwasserlagune an der spanischen Küste, Opfer einer Umweltkatastrophe, bei der Tausende von Organismen durch die Auswirkungen der Verschmutzung anthropogenen Ursprungs, vor allem durch Chemikalien aus der Landwirtschaft, getötet wurden. Durch extreme Eutrophierung oder massives Algenwachstum wurden 85 % der Seegräser abgetötet, was wiederum zum Tod der Fische führte, die aufgrund von Sauerstoffmangel und Veränderungen des Salzgehalts in der Lagune nicht mehr atmen konnten. Es war daher absolut notwendig, die Schadstoffe zu entfernen, um die Gesundheit der Lagune wiederherzustellen. An dieser Stelle kommt die additive Fertigung ins Spiel. In einem von der staatlichen spanischen Forschungsagentur (AEI) und dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) finanzierten Projekt wurden mit Hilfe des 3D-Drucks Vorrichtungen hergestellt, die dann mit synthetisch hergestelltem Adsorptionsmittel Kohlenstoff kombiniert wurden, einem Material, das in der Lage ist, Moleküle in jeder Form als dünnen Film auf seinen Außen- oder Innenflächen zu halten, um sie aus dem Wasser zu entfernen. Die Tests waren erfolgreich und haben bewiesen, dass Schadstoffe in weniger als 24 Stunden entfernt werden können und somit einen Beitrag zu groß angelegten Bemühungen um die langfristige Reinigung kontaminierter Gewässer leisten könnten.

Bild: Das 3D-gedruckte Gerät, das von Andreu Figuerola, Fernando Maya und Gemma Isabel Turnes entworfen wurde

Künstliche Korallenriffe mithilfe des 3D-Drucks

Eine der schlimmsten Folgen des Klimawandels, mit denen unser Planet konfrontiert ist, ist die Zerstörung von Korallenriffen auf der ganzen Welt aufgrund der globalen Erwärmung. Glücklicherweise sind viele Initiativen entstanden, die versuchen, marine Ökosysteme wiederherzustellen, auch dank des 3D-Drucks. In Hongkong beispielsweise wurden in den letzten Jahren mehrere Projekte zur Wiederherstellung von Buchten ins Leben gerufen, darunter die Projekte von D-shape und archiREEF, die mithilfe der additiven Fertigung künstliche Korallenriffe schaffen. Insbesondere archiREEF verwendet Ton für den 3D-Druck von Strukturen. Die additive Fertigung war entscheidend für die Entwicklung und Realisierung dieser biologisch attraktiven Elemente. Sie ermöglichte ein komplexes und flexibles Design, das sich an verschiedene Meeresumgebungen anpassen lässt. Darüber hinaus ermöglichte der 3D-Druck eine höhere Auflösung, die Verwendung natürlicher Materialien und war für die Wissenschaftler auch kostengünstiger und zeitsparender.

Die 3D-gedruckten Strukturen (Bild: archiREEF)

Wind

3D-Druck hilft dabei CO2 aus der Luft zu entfernen

Wenn es darum geht, den Planeten zu retten, werden viele 3D-Druckprojekte ins Leben gerufen, um die globale Erwärmung zu bekämpfen. So auch GE Research, das sich der additiven Fertigung zugewandt hat, um ein System zu entwickeln, das Kohlendioxid aus der Luft entfernen kann. Die Forscher des Projekts arbeiteten mit Chemikern und Ingenieuren der Berkeley University und der University of Southern Alabama zusammen. Sie kombinierten die Technologie von 3D-gedruckten Wärmetauschern mit absorbierenden Materialien. Die drei Einheiten trugen entsprechend ihrer Fachkenntnisse ihren Teil zum Projekt bei. GE Research übernahm die Aufgabe, die 3D-gedruckten Wärmetauscher zu liefern. Es wurden keine Informationen über die verwendete Technologie gegeben. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass es sich um metall- und pulverbasierte Verfahren handelt. Die Forscher der Universität Berkeley sind ihrerseits auf die Entwicklung von absorbierenden Materialien und auf Modellierung spezialisiert. Die University of Southern Alabama wiederum half bei der Auswahl der richtigen Materialien. Laut David Moore, dem leitenden Forscher und Technologiemanager für Materialphysik und -chemie bei GE Research, könnte das Kohlendioxid-Auffangsystem eine groß angelegte, wirtschaftliche Lösung für die Dekarbonisierung des Energiesektors werden.

Erneurbare Energien werden effizinter mit 3D-Druck

Ein weiteres Projekt welches darauf abzielt Luftverschmutzung zu reduzieren wurde vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) ins Leben gerufen. Hierbei testet ein Forscherteam die Herstellung von modernisierten Windturbinenflügeln mithilfe des 3D-Drucks. Um genauer zu sein, wird für die Designs ein thermoplastisches Harzsystem verwendet. Dadurch wird ermöglicht, dass sich die Strukturen recyceln lassen, was im Vergleich zu herkömmlich hergestellten Turbinen aus duroplastischen Materialien nicht möglich ist. Außerdem sind die 3D-gedruckten Turbinen leichter und kostengünstiger, laut der Pressemitteilung um mindestens 10%. Eine effiziente Produktion ist ebenfalls gegeben, denn die Dauer der Herstellung kann um 15% gesenkt werden. Das Hauptziel des Projekts ist also die durch neue Technologien Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Erneuerbare Energien werden im Hinblick auf die fortschreitende Erderwärmung immer relevanter, aus diesem Grund sind Projekte wie diese besonders wichtig.

Feuer

Dieses 3D-gedruckte Haus in Kalifornien ist feuerbeständig

In dem amerikanischen Bundesstaat Kalifornien kommt es immer wieder zu zahlreichen Bränden, die Häuser und die Umgebung zerstören. Die globale Erwärmung trägt zu der großen Hitze bei, die im Sommer unkontrollierbare Brände verursacht und die Feuerwehr des Bundesstaates auf Trab hält.

In einer Stadt, 300km entfernt von San Francisco, Redding, kommt es im Jahr sogar zu mehr als 100 Bränden. Das amerikanische 3D-Druck Unternehmen Emergent3D möchte Abhilfe schaffen. Dazu entwickelte die Firma ein 3D-gedrucktes feuerbeständiges Haus, welches die Menschen, im Falle eines Feuers, schützen soll. Das über 100 Quadratmeter große Haus verfügt über mehrere Räume, darunter 3 Schlafzimmer und 2 Badezimmer. Für das Material wurde, die von COBOD und CEMEX entwickelte, D.fab-Betonlösung verwendet und mithilfe des BOD2-Druckers von COBOD gedruckt. Tatsächlich, wurde das feuerbeständige Haus von der Stadt Redding selbst finanziert, mit dem Ziel die Technologie mehr zu etablieren. Insgesamt, sollen sieben dieser Häuser in Redding gedruckt werden.

3D-gedruckte Drohnen von Axle Box helfen bei der Bekämpfung von Waldbränden

Axle Box Innovations, ein Entwickler von Technologien für die öffentliche Sicherheit, setzt die additive Fertigung ein, um die Entwicklung von 3D-gedruckten Drohnen für das Brandmanagement und den Brandschutz zu unterstützen. Angesichts der zunehmenden Bedrohung durch Waldbrände in den Vereinigten Staaten und anderen Ländern sind Feuerwehrleute zunehmend auf innovative Technologien wie die additive Fertigung angewiesen, um sich einen genauen Überblick über die Lage zu verschaffen. Um dieses Problem anzugehen, wandte sich Axle Box dem 3D-Druck zu, um die Hindernisse in Bezug auf Stärke, Geschwindigkeit und Kosten bei der Entwicklung feuersicherer Drohnen zu überwinden.

Die Ingenieure von Axle Box haben eine hitzebeständige Drohne aus hochtemperaturbeständigem Nylon mit einem 25-prozentigen Kohlefaserkern entwickelt, der für den Mittelkörper und die Seitenabdeckungen der Drohne verwendet wird. Das Material ermöglicht die Herstellung von leichten und robusten Drohnenkörpern, kritischen Komponenten für Flug- und Sicherheitsanwendungen. Axle Box wählte für die Herstellung den HSE 3D-Drucker von Essentium, der ein unabhängiges duales Extrusionssystem und Filamente verwendet. Diese Technologie hat die Fertigung von Axle Box verändert, da sie es ermöglicht, in weniger als vier Wochen vom Design zur Produktion zu gelangen. Diese innovative Technologie wird für die Ersthelfer von großem Nutzen sein und dazu beitragen, die zunehmende Bedrohung durch Waldbrände zu bekämpfen.

Bild: ESSENTIUM

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