{"id":34171,"date":"2022-01-19T14:00:31","date_gmt":"2022-01-19T13:00:31","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=34171"},"modified":"2022-01-19T10:20:27","modified_gmt":"2022-01-19T09:20:27","slug":"nylon-3d-druckmaterial-umweltauswirkungen-190120221","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/nylon-3d-druckmaterial-umweltauswirkungen-190120221\/","title":{"rendered":"Was sind die Umweltauswirkungen von Nylon als 3D-Druckmaterial?"},"content":{"rendered":"

Nylon<\/a> ist ein synthetisches Polymer, das zur Gruppe der Polyamide geh\u00f6rt. In der additiven Fertigung findet man den Stoff in Form von Filamenten (PA6) f\u00fcr das FDM-Verfahren oder in Pulverform (PA11 und PA12) f\u00fcr das selektive Lasersintern oder der MultiJet Fusion Technologie von HP. Obwohl Nylon ein weit verbreitetes Material in der 3D-Druckindustrie ist, wird die Nutzung h\u00e4ufig hinterfragt, da das Material nicht die nachhaltigste Option auf dem Markt darstelle. Dies sei auf verschiedene Faktoren zur\u00fcckzuf\u00fchren, z. B. der Zusammensetzung der Polyamide, dem Grad der Recyclingf\u00e4higkeit und der Wiederverwendbarkeit des Materials bzw. der auftretenden Gasemissionen w\u00e4hrend des Herstellungsprozesses. Dar\u00fcber hinaus wird das Umweltengagement<\/a> f\u00fcr Unternehmen immer bedeutender und somit auch zunehmend in den Produktionsprozessen ber\u00fccksichtigt.<\/p>\n

Wenn wir den 3D-Druck mit Nylon untersuchen, wird klar, dass das Material je nach Art des Polyamids, seiner Herkunft und Zusammensetzung mehr oder weniger starke Auswirkungen auf die Umwelt hat. Um die Bedeutung des Kunststoffes f\u00fcr die Industrie und seine CO2-Bilanz besser zu verstehen, haben wir versucht, die Merkmale und Eigenschaften von Nylon sowohl in Pulver- als auch in Filamentform<\/a> zu analysieren. Wir betrachten die Nutzung von PA6-Filamenten, den Unterschied zwischen PA11 und PA12, Initiativen zur nachhaltigen Verwendung und informieren \u00fcber m\u00f6gliche Alternativen.<\/p>\n

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Bild: FICEP S3<\/p><\/div>\n

PA6, ein anspruchsvolles 3D-Druck-Filament<\/h3>\n

PA6-Filamente sind teilkristalline thermoplastische Polymere und geh\u00f6ren zu den am meisten verwendeten Polyamiden weltweit. Mit einem Schmelzpunkt von 220 \u00b0C wird PA6 aufgrund des guten Preis-\/Leistungsverh\u00e4ltnisses in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Obwohl es traditionell in der industriellen Fertigung zur Anwendung kam, hat es aufgrund seiner interessanten mechanischen Eigenschaften und der F\u00e4higkeit, hochleistungsf\u00e4hige Teile zu fertigen, im 3D-Drucksektor zunehmend an Popularit\u00e4t gewonnen. Dar\u00fcber hinaus ist PA6 im Vergleich zu Standardkunststoffen wie PLA<\/a> oder ABS<\/a> ein wesentlich schwieriger zu druckendes Material. Sein Betriebstemperaturbereich liegt bei 250-270\u00b0C, so dass eine geeignete Arbeitsumgebung gew\u00e4hrleistet sein muss, damit er nicht schrumpft.<\/p>

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Was die Herkunft betrifft, so unterscheidet sich Nylon von anderen Polyamiden dadurch, dass es mittels\u00a0 Ring\u00f6ffnender Polymerisation gebildet wird, d. h. durch einen Prozess, der Polymere synthetisiert. Dies macht es zu einem Sonderfall im Vergleich zu Kondensationspolymeren (das gesamte Monomermolek\u00fcl wird Teil des Polymers) und Additionspolymeren (ein Teil des Monomermolek\u00fcls geht verloren, wenn es Teil des Polymers wird). Bei der Analyse der Umweltauswirkungen von Polyamid 6 und der Umstellung auf ein nachhaltigeres Material m\u00fcssen zwei wichtige Aspekte ber\u00fccksichtigt werden. Erstens der Produktionsprozess bzw. die Gewinnung des Materials und zweitens die Rohstoffe, die in diesen Umwandlungsprozess einflie\u00dfen; beide bestimmen den Co2-Fu\u00dfabdruck des Polyamids.<\/p>\n

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PA6 ist ein anspruchsvolles 3D-Druck-Filament. | Bild: Sharebot<\/p><\/div>\n

Zusammensetzung und Umweltauswirkungen von PA11 und PA12<\/h3>\n

Chemisch gesehen sind sich die Polyamide 11 und 12 sehr \u00e4hnlich, da sie sich nur durch ein Kohlenstoffatom in der Hauptkette des Polymers unterscheiden. Dieses eine Atom macht jedoch den gro\u00dfen Unterschied, da es dar\u00fcber bestimmt, wie das Polymer zu Materie wird. Abgesehen davon unterscheiden sich die beiden Polyamidpulver vor allem in ihrer Herkunft. So ist PA11 ein teilkristallines Polymer, das aus einem „gr\u00fcnen“ Rohstoff durch ein Syntheseverfahren hergestellt wird, und somit eher PA6 als PA12 gleicht. Diese Art von Nylon ist biobasiert, d. h. das Material wird aus erneuerbaren Rohstoffen hergestellt, die aus pflanzlichen Derivaten, meist Rizinus\u00f6l, gewonnen werden. Polyamid 11 wird vor allem dort eingesetzt, wo eine gute chemische Best\u00e4ndigkeit, Flexibilit\u00e4t, geringe Permeabilit\u00e4t und Formstabilit\u00e4t notwendig sind. Das hei\u00dft, es eignet sich hervorragend f\u00fcr aggressive Umgebungen und zur Herstellung von funktionalen Prototypen, die schweren Bedingungen ausgesetzt werden.<\/p>\n

PA12 hingegen ist ein synthetisches Feinpulver, das grunds\u00e4tzlich aus Erd\u00f6l gewonnen wird. Die zu Grunde liegenden Eigenschaften werden durch die chemische Struktur des Polyamids sowie durch die Zugabe von Additiven oder Fasern, die der Zusammensetzung hinzugef\u00fcgt werden k\u00f6nnen, bestimmt. Zu den wichtigsten Eigenschaften von PA12 z\u00e4hlen eine hohe Best\u00e4ndigkeit gegen Chemikalien, Umwelteinfl\u00fcsse und St\u00f6\u00dfe sowie eine geringe Wasseraufnahme. Au\u00dferdem punktet das Material durch seine gute Verarbeitbarkeit und einer guten Abrieb- und Rutschfestigkeit. Zu den Hauptanwendungen des Kunststoffs geh\u00f6ren Industrien wie die Automobil- und Luftfahrtindustrie. Wie bereits erw\u00e4hnt, ist dies auf seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften zur\u00fcckzuf\u00fchren, was in diesen Branchen unabdingbar ist.<\/p>\n

Zum besseren Verst\u00e4ndnis der Unterschiede zwischen den beiden Polyamiden und insbesondere zur Herkunft gibt Sculpteo auf seiner Webseite folgendes an: „PA11 HP basiert zu 100 % auf erneuerbaren Biomassequellen. Die Rizinusbohne wird aus der Rizinuspflanze extrahiert, um \u00d6l zu gewinnen. Das \u00d6l wird dann in ein Monomer (11-Aminoundecans\u00e4ure) umgewandelt, das schlie\u00dflich polymerisiert wird. Dieses PA11-Material stellt eine nachhaltige Alternative zu PA12 dar, weil es interessante Eigenschaften f\u00fcr Bauteile bietet, die Hautkontakt erfordern. Zwecks Nachhaltigkeit sollte in erster Linie Nylon 11 als Biokunststoff bevorzugt werden, wenn der Anwendungsfall des 3D-gedruckten Teils dies erlaubt.“<\/em><\/p>\n

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Bild: Formlabs<\/p><\/div>\n

In Anbetracht der Eigenschaften beider Polyamide scheint Biokunststoff auf den ersten Blick eine bessere Alternative zu herk\u00f6mmlichem Kunststoff zu sein, da das Material zum Teil aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt wird und biologisch abbaubar ist. Nuno Neves, Leiter der Abteilung Design bei FICEP S3, erkl\u00e4rt uns hierzu jedoch folgendes: „Um festzustellen, ob Biokunststoff im Vergleich zu konventionellem Kunststoff besser f\u00fcr unsere Umwelt ist, m\u00fcssen wir mehrere Faktoren \u00fcber den gesamten Lebenszyklus von konventionellem Kunststoff und Biokunststoff hinweg ber\u00fccksichtigen, einschlie\u00dflich der Produktion, der Treibhausgasemissionen und der Recyclingm\u00f6glichkeiten. Das ist etwas, was wir bei FICEP S3 mit jedem Material, das wir verwenden, und jedem Produkt, das wir entwerfen, tun. Wir treffen unsere Entscheidungen auf der Grundlage von Daten und der wissenschaftlichen Realit\u00e4t einer bestimmten Situation und nicht, weil wir auf einen umweltfreundlichen Zug aufspringen wollen.“<\/em> Nach diesen Ausf\u00fchrungen und unter Ber\u00fccksichtigung der Eigenschaften von Nylon wollen wir uns nun mit seiner Verwendung im 3D-Druck und seiner Beziehung zur Nachhaltigkeit befassen.<\/p>\n

Nylon, 3D-Druck und Nachhaltigkeit<\/h3>\n

Wie andere synthetische Kunststoffe, kann auch Nylon nicht biologisch abgebaut werden. Dies w\u00e4re bei anderen nat\u00fcrlichen Ressourcen wie Papier, Holz oder Glas der Fall, die mit der Zeit oxidieren und sich zersetzen. Damit die Entsorgung von Kunststoffen dennoch gelingen kann, m\u00fcssen diese dem Recycling zugef\u00fchrt werden, d. h. die Wiederverwertung der Kunststoffe. Hier gilt es zu ber\u00fccksichtigen, dass Biokunststoffe wie PA11 schwer zu recyceln sind, da die meisten St\u00e4dte nicht \u00fcber die notwendige Infrastruktur verf\u00fcgen. Viele Kunststoffe landen deshalb auf M\u00fclldeponien, wo ihnen der Sauerstoff entzogen wird. Dadurch entsteht Methan, das in die Atmosph\u00e4re abgegeben wird, ein Treibhausgas, das 23-mal umweltsch\u00e4dlicher ist als CO2, was zu einem st\u00e4rkeren Ozonabbau beitr\u00e4gt im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Kunststoffen.<\/p>\n

Betrachtet man die kompatiblen 3D-Drucktechnologien, so kann festgestellt werden, dass der SLS-3D-Druck von Nylon in puncto Nachhaltigkeit einen entscheidenden Vorteil bietet. Nach Abschluss des Herstellungsprozesses sind die Teile von ungesintertem Pulver umgeben, das wiederum als St\u00fctze f\u00fcr die gedruckten Teile dient. Bei der SLS-Technologie<\/a> k\u00f6nnen bis zu 70 % des ungesinterten Pulvers wiederverwendet und f\u00fcr die n\u00e4chsten Druckvorg\u00e4nge eingesetzt werden. F\u00fcr die Nachhaltigkeit und Wiederverwertbarkeit entsteht dadurch ein gro\u00dfer Vorteil gegen\u00fcber FDM-Verfahren, da Tr\u00e4germaterialien nicht leicht wieder in neues Filament wiederverwertet werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

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Bei der SLS-Technologie k\u00f6nnen bis zu 70 % des ungesinterten Pulvers wiederverwendet werden. | Bild: Arkema<\/p><\/div>\n

Um die Umweltauswirkungen der Unternehmen zu bewerten und zu kontrollieren, integrieren immer mehr Akteure die so genannte CSR oder Corporate Social Responsibility, welche sich der Verantwortung der Organisation gegen\u00fcber der Umwelt widmet. Dieser Aspekt wird in der T\u00e4tigkeit aller Akteure des 3D-Drucks immer pr\u00e4senter. Tats\u00e4chlich entwickeln viele Unternehmen der Branche bereits biobasierte L\u00f6sungen, um ihre Umweltauswirkungen zu minimieren.<\/p>\n

Arkema z\u00e4hlt zu den renommiertesten Chemieunternehmen der Branche und vertreibt eine breite Palette von Materialien f\u00fcr die additive Fertigung, dazu z\u00e4hlt auch Nylon. Arkema verf\u00fcgt \u00fcber Expertise und Know-how in der chemischen Verarbeitung der Rizinuspflanze. Arkema kann eine breite Palette von hochleistungsf\u00e4higen, langkettigen, biologisch abbaubaren Polyamiden entwickeln, wie zum Beispiel die Rilsan\u00ae Polyamid 11-Reihe des Unternehmens beweist. Jean-Luc-Dubois, Head of Catalysis, Process and Biomass Conversion bei Arkema, kommentiert: „Unsere biobasierten Prozesse zeigen, dass man mit erneuerbaren Rohstoffen technische und kosteneffiziente Produkte herstellen kann, die der Marktnachfrage entsprechen.“<\/em><\/p>\n

Zukunftsaussichten<\/h3>\n

Es kann nicht verleugnet werden, dass alle Materialien, die in der verarbeitenden Industrie verwendeten werden, gewisse Auswirkungen auf die Umwelt haben. Sei es durch die entstehenden CO2-Emissionen in der Produktion oder die entstehenden Abf\u00e4lle. Momentan gibt es zwar noch keinen brauchbaren Ersatz f\u00fcr erd\u00f6lbasierte Polyamide aber vielversprechende biobasierte Polyamide werden derzeit untersucht. Da der \u00d6lpreis weiterhin schwankt und das Umweltbewusstsein auf Grund der Klimakrise zunimmt, ist es wahrscheinlich, dass in Zukunft mehr Alternativen zu den derzeitigen Nylon-Materialien entwickelt werden.<\/p>\n

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Die additive Fertigungsindustrie bietet eine vielversprechende Zukunft in puncto Nachhaltigkeit. | Bild: FICEP S3<\/p><\/div>\n

Wenn wir jedoch 3D-Druckverfahren selbst betrachten, so wissen wir, dass die Technologie die Herstellungszeiten und die Menge des verwendeten Materials reduziert. Zum Einsatz von Polyamid 11 erkl\u00e4rt das Arkema-Team auf seiner Webseite: „Immer mehr Unternehmen wollen saubere und nachhaltige Materialien<\/a>. PA11 ist ein zu 100 % biobasiertes Polymer, das perfekt zu einer umweltfreundlichen Strategie passt und Unternehmen erm\u00f6glicht ihre CSR-Ziele zu erreichen“.<\/em> Zur globalen Verwendung von Nylon vertritt Nuno Neves von FICEP S3 eine kontr\u00e4re Auffassung: „Die L\u00f6sung besteht nicht darin, die Herstellung und Verwendung von Kunststoffen auf Erd\u00f6lbasis einzustellen, sondern diese intelligenter zu verwenden, sie richtig zu recyceln und nicht zu denken, dass alles, was ‚bio‘ ist, gleich gut ist, es ist n\u00e4mlich selten so einfach“.<\/em><\/p>\n

Es wird deutlich, dass die additive Fertigungsindustrie sich zwar auf dem richtigen Weg befindet, was die Verwendung von Nylon betrifft, die Industrie jedoch noch eine Herausforderungen meistern muss, damit „Bio“ tats\u00e4chlich mit einer nachhaltigen Produktion und geringeren Umweltauswirkungen gleichgesetzt werden kann.<\/p>\n

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*Titelbildnachweis: Sculpteo<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Nylon ist ein synthetisches Polymer, das zur Gruppe der Polyamide geh\u00f6rt. In der additiven Fertigung findet man den Stoff in Form von Filamenten (PA6) f\u00fcr das FDM-Verfahren oder in Pulverform (PA11 und PA12) f\u00fcr das selektive Lasersintern oder der MultiJet…<\/p>\n","protected":false},"author":6080,"featured_media":34176,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"content-type":"","footnotes":""},"categories":[49,12],"tags":[],"class_list":["post-34171","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-aktuelles","category-materialien"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/34171","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6080"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=34171"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/34171\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":34179,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/34171\/revisions\/34179"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/34176"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=34171"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=34171"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=34171"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}