Wie 3D-Druck nachhaltige, umweltfreundliche Fertigung vorantreibt

Da wir in ein umweltbewussteres Fertigungszeitalter eintreten, gibt es viele Bedenken, dass neue Technologien uns möglicherweise zurückwerfen. Die Kritik am 3D-Druck zielt oft auf den reichlichen Kunststoffeinsatz und den Energieverbrauch ab – manchmal sind diese Argumente berechtigt. Doch Akteure der Branche arbeiten intensiv an Lösungen, um solche Bedenken auszuräumen. Viele Designer setzen auf neue Technologien, Materialien und Lieferkettenänderungen, um 3D-Druck nachhaltiger und umweltfreundlicher zu gestalten. Hier sind einige der wichtigsten Ansätze:

Filament-Recycling

Filament-Recycling ist nicht nur besser für die Umwelt, sondern auch eine gute Praxis für die eigene Werkstatt oder das Unternehmen. Ob Fehldrucke, misslungene Aufträge oder einfach Unordnung am Arbeitsplatz – das Recyceln alter Drucke oder Gegenstände kann sinnvoll sein. Einige Unternehmen füllen diese Marktlücke bereits mit praktischen Filament-Recycling-Sets, während andere industriellen Kunststoff in großem Maßstab aufbereiten.

Auf der ambitionierteren Seite bieten Unternehmen wie Clean Currents spezielle 3D-Drucker an, die vollständig mit Meeresplastik kompatibel sind, sodass Nutzer die Umwelt beim Drucken reinigen können. Andere Firmen wie Trimatis LLC wandeln Kunststoffabfall in Filament um. Dies ist so vielversprechend, dass sogar das US-Militär prüft, 3D-Druck mit recyceltem Kunststoff aus ausrangierten Teilen zu nutzen, um Transportkosten zu sparen und effizienter zu arbeiten.

Ähnlich bietet 3devo Filament-Schredder und Spulentechnologie an, damit Nutzer ihre alten Kunststoffe wiederverwenden statt wegzuwerfen. Nutzer, die Pellets aus Altkunststoffen herstellen, haben es noch einfacher.

Doch es gibt mehr als nur recycelbare Filamente und Pellets auf der Materialseite.

Nachhaltige Materialien & Konstruktion

Während PLA (eines der am häufigsten verwendeten Materialien im 3D-Druck) biologisch abbaubar ist, sind nicht alle anderen additiven Fertigungsthermoplaste es. Warum sollten wir überhaupt Filamente aus nicht biologisch abbaubaren Kunststoffen haben? Forscher haben mehrere Alternativen entwickelt, die diese umweltunfreundlichen Optionen vollständig vermeiden und gleichzeitig neuartige Materialeigenschaften bieten.

Neue Technologien ermöglichen den Einsatz verschiedenster Materialien für den 3D-Druck für spezielle Zwecke. Ein solches Material ist MITs antibakterielles 3D-gedrucktes Zellulose-Filament. Es könnte ein Kraftpaket für medizinische Anwendungen werden und die Erstellung von FDA-zugelassenen Materialien erleichtern, die ohne große Bedenken zur nachhaltigen Entsorgung verworfen werden können. Es ist auch mechanisch widerstandsfähig und kostengünstig in der Herstellung.

Eine weitere bemerkenswerte Technologie sind Bioplastik-Hanf-Filamente, die Unternehmen entwickeln. 3D4MAKERS produziert ein solches Filament mit guter Schichthaftung.

Auch abseits von Filamenten gibt es vielversprechende Materialien im 3D-gedruckten Bauwesen, die für Architekturprojekte attraktiv sein könnten. Verschiedene Projekte suchen nach nachhaltigen Wegen zur Betonherstellung, deren Produktion einen großen Teil der Treibhausgasemissionen ausmacht (der Zementsektor ist der drittgrößte industrielle Energieverbraucher und der zweitgrößte industrielle CO2-Emittent weltweit). Deshalb haben Unternehmen wie FICEP S3 Systeme geschaffen, die Abfallprodukte aus 3D-Druck und Nachbearbeitung in Prozessen wie MJF und SLS wiederverwenden und einen neuen Hybridbeton erzeugen. Projekt BCN zielt darauf ab, Abfall in eine nachhaltigere Form von Mischbeton umzuwandeln, der weniger der Probleme traditioneller Baumaterialien aufweist.

Ebenso werden organische Verbindungen für den 3D-Druck von Häusern verwendet. Diese Verbindungen sind nicht nur eine umweltfreundliche Kuriosität – einige bieten Lösungen für den schnellen Druck von Strukturen. Die Estnische Universität der Lebenswissenschaften und die Universität Tartu experimentieren mit Torf, einem natürlichen Material aus zersetzender Vegetation, das in Mooren und Feuchtgebieten entsteht. Als einer der effizientesten Kohlenstoffspeicher der Welt kann er Kohlenstoffverbindungen speichern, was ihn für dieses Vorhaben besonders nützlich macht. Er wird seit über einem Jahrhundert in bestimmten Regionen als wichtige Brennstoffquelle genutzt, und Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, ihn in eine organische Wohnquelle zu verwandeln, die Umweltbemühungen unterstützt statt behindert. Ein solcher Prozess nutzt auch Abfall und fördert das Recycling.

Andere Forscher arbeiten mit Erddruck, wie beim Projekt zur Umwandlung von Mondregolith. Diese Experimente bringen uns der Nutzung alternativer, reichlicherer Materialien näher, während alte Elemente recycelt werden, um neue Konstrukte zu schaffen.

Solarbetriebene 3D-Drucksysteme

3D-Drucker werden viel Energie verbrauchen, wenn sie in breiteren Industrien üblicher werden. Doch diese Energie muss nicht aus traditionellen Quellen stammen. Solarenergie entwickelt sich noch, stellt aber den Heiligen Gral der alternativen Energie dar, und viele Unternehmen nutzen dies, indem sie sowohl Solarmodule mit 3D-Druckern entwickeln als auch Solarenergie direkt für additive Fertigungsgeräte einsetzen.

3D-gedruckte Solarmodule bieten deutliche Vorteile: Sie können leichter, günstiger sein und in bestimmten Fällen weniger Abfall erzeugen. Verfahren wie MJF werden bereits seit längerem für 3D-gedruckte Solarsysteme genutzt. Nano Dimension war hier besonders aktiv und kooperierte mit israelischen Start-ups für solche nachhaltigen Energielösungen. Einige Unternehmen entwickeln sogar flexible Module – eine Perspektive, die mit traditioneller Fertigung nicht möglich wäre.

3D-Druck hilft auch, die Effizienz von Solarmodulen zu steigern. T3DP ist ein 3D-Druck-Forschungsprojekt, das 2013 unter Leitung von Daniel Clark begann. Ziel ist es, mit einem patentierten volumetrischen 3D-Druck die Umwandlungseffizienz aktueller Solarmodule zu verdoppeln. Im Wesentlichen versucht T3DP, einen erschwinglichen und tragfähigen 3D-gedruckten Solarzellen zu schaffen. Ihre Arbeit nutzt Vorforschung zum chemischen Verbindung Perowskit-Materialien für Solarzellen, die weit stärkere und stabilere Materialien für den Bau von Solarzellen liefern können.

Andererseits entwickeln einige Unternehmen 3D-Drucker, die mit Solarenergie laufen. Solche Konzepte sind seit langem als Open-Source-Technologien verfügbar. Abgesehen von ihren Umweltvorteilen sind solche Drucker nützlich, da sie Drucken in abgelegenen Gebieten ermöglichen. Dies war der Antrieb hinter re:3Ds Arbeit mit dem Gigabot, einem netzunabhängigen 3D-Druckgerät, das potenziell additive Fertigung in Gebiete ohne Strom bringen könnte, indem es die Kraft der Sonne nutzt.