Nachhaltig und kreislauffähig: Metall-3D-Druck

Der Markt für die additive Fertigung von Metallen wächst weiterhin rasant. Dabei werden vor allem pulverbettbasierte Verfahren eingesetzt, die den Druck sehr komplexer Geometrien bei hoher Genauigkeit und vergleichsweise hohem Durchsatz erlauben. Die Investitionskosten für die Anschaffung der benötigten Anlagen liegen allerdings schnell bei mehreren hunderttausend Euro. Eine günstige Alternative bietet der filamentbasierte 3D-Druck, der jetzt nachhaltiger und zudem kreislauffähig werden soll.
Edgar Merting, Projektleiter am TITK in Rudolstadt, zeigt eine Spule mit hochgefülltem Filament für den Metall-3D-Druck. Die Endlosfaser enthält 90 Gewichtsprozent Stahlpulver.
Dafür wollen drei wirtschaftsnahe Forschungsinstitute aus Thüringen in einem gemeinsamen Forschungsprojekt sorgen. Unter dem Kurztitel „MexWer“ entwickeln das TITK – Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (Rudolstadt), das ifw – Günther-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung (Jena) und die GFE – Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung (Schmalkalden) als Partner eine „kreislaufoptimierte Prozesskette für die additive Fertigung von metallischen Werkzeugkomponenten über Materialextrusion“.
Gemeinsames Ziel ist es, die Ressourceneffizienz und die Nachhaltigkeit des Verarbeitungsprozesses von Filamenten mit einem hohen Anteil an Hartmetall- oder Werkzeugstahlpulver zu steigern. Am TITK werden Filamente für den FFF-Druck aus eigens entwickelten Blends hergestellt, die einen Füllgrad von bis zu 90 Gewichtsprozent Metallpulver aufweisen. Nach dem Verdrucken der Filamente wird der Kunststoff erst über Lösungsmittel und dann thermisch entfernt. Nach einem sich anschließenden Sinterprozess liegt ein dichtes, rein metallisches Bauteil vor.
„Am Markt verfügbare 3D-Druck-Filamente erfordern zum Entbindern entweder toxische und brennbare Lösungsmittel oder sehr aufwendige Ofenprozesse zum Sintern“, sagt Edgar Merting, Projektleiter am TITK in Rudolstadt. Daher soll nun eine nachhaltige und kreislauffähige Alternative etabliert werden. „Bei unseren Filamenten kann die Lösungsmittel-Entbinderung vor dem Ofenprozess mit Wasser oder wasserbasierten Lösungsmitteln stattfinden“, so Merting. Mit der Rückgewinnung des gelösten Binders und einer funktionsintegrierten Leichtbauweise der hergestellten Bauteile leiste man zudem noch einen Beitrag zur Ressourcenschonung.
Das gemeinsame Forschungsvorhaben soll außerdem den Aufbau lokaler oder regionaler Lieferketten fördern.
Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt e.V.
Das TITK ist eines der führenden privaten Materialforschungsinstitute für Funktions- und Konstruktionswerkstoffe auf Polymerbasis. Als industrienahe Einrichtung mit einem modernen Technologiepark entwickelt das TITK Ausgangsstoffe oder komplette Fertigungsprozesse für Automotive-Komponenten, Verpackungsmittel, die Bio- und Medizintechnik, Energietechnik, Mikro- und Nanotechnik sowie für Lifestyle-Produkte. Zur TITK Group mit 200 Mitarbeitern zählen noch die Tochtergesellschaften OMPG mbH und smartpolymer GmbH. Als wirtschaftsnahes Forschungsinstitut arbeitet das TITK gemeinsam mit seinen Partnern an den Innovationen von morgen.

titk.de
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