Das Fraunhofer IPA untersucht im Rahmen des Projekts Tirika (Technologien und Reparaturverfahren für nachhaltige Luftfahrt in Kreislaufwirtschaft), wie man den Anteil von Recyclingmaterial in additiven Produktionsverfahren erhöhen könnte. Die Qualität der gedruckten Bauteile soll dabei aber unverändert hoch bleiben.
Forschungsprojekt Tirika für nachhaltige Luftfahrttechnologien kann starten
Ein additiv hergestelltes Bauteil ist die Klappe des Gepäckfachs über dem Sitz. Sie besteht aus Polyetherimid (PEI), einem schwer entflammbaren Hochleistungsthermoplast, der keinen giftigen Rauch verursacht. Künftig sollen die Klappen am Ende ihres Produktlebenszyklus geschreddert und zu Filament verarbeitet werden. Ein 3D-Drucker soll aus den recycelten Materialien dann neue Bauteile für die Luftfahrt fertigen.
„Recyceltes PEI hat nicht die gleichen Eigenschaften wie neues. Kabinenteile, die daraus gefertigt werden sollen, müssen aber vergleichbar feuerfest sein und Rauchentwicklung ebenso gut verhindern wie Bauteile aus neuem PEI.“
Markus Echsel, Zentrum für Additive Produktion am Fraunhofer IPA
Wie fließfähig ist recyceltes PEI, wenn es im 3D-Drucker aufgeschmolzen wird? Wie oft kann PEI verarbeitet werden, bevor es unbrauchbar wird? Mit welchen Parametern muss das recycelte PEI verarbeitet werden? Solche und ähnlichen Fragen geht Forschungsteam um Echsel in den kommenden drei Jahren nach.
Eine wichtige Rolle spielt dabei ein sogenanntes Degradationsmodell, das die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln wollen. Es soll zeigen, wie sich die Eigenschaften eines Materials ändern, wenn es altert. Daraus lässt sich dann ungefähr ableiten, wie die Einstellungen am 3D-Drucker verändert werden müssen, damit er aus Recyclingmaterial Bauteile fertigt, die jenen aus neuem PEI in nichts nachstehen.
Weitere leichte Flugzeugteile aus Kunststoff werden durch das additive Verfahren des Selektiven Lasersinterns hergestellt. Dabei werden die Thermoplaste Polyamid 12 (PA12) oder Polyetherketonketon (PEKK) in pulvriger Form flächig aufgebracht und punktuell mit einem Laserstrahl geschmolzen. Dieser Vorgang wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das Bauteil aus einem Behälter entnommen werden kann. Dieser aber ist jetzt zu einem großen Teil mit Pulver gefüllt, das nur erhitzt, aber nicht aufgeschmolzen wurde. Üblich ist das überschüssige Pulver erneut zu verwenden.
„Allerdings werden beim Selektiven Lasersintern bisher nur etwa 60 bis 70 Prozent gebrauchtes Pulver verwendet. Der Rest muss neu sein, wenn man keine Abstriche bei der Qualität machen möchte. Immerhin ist ja auch das Pulver, das nicht verdruckt wurde, durch den Verarbeitungsprozess geschädigt worden und dadurch ändern sich dessen physikalische und chemische Eigenschaften.“
Patrick Springer, Zentrum für Additive Produktion am Fraunhofer IPA
Ein beträchtlicher Teil des bereits verwendeten Pulvers wird also entsorgt – ein beständig sprudelnder Mikroplastik-Quell. Deshalb werden die Forschenden nun klären, wie sich die Eigenschaften von Polyamid oder PEKK verändern, wenn es einen oder mehrere Druckprozesse hinter sich hat. Dann könnte man diese vor der Weiterverarbeitung gezielt aufbereiten und so eine größere Menge Pulver länger im Prozess halten, so dass vielleicht nur noch zehn oder 20 Prozent neues Pulver beigemischt werden müssen.
Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung
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