Kreislaufwirtschaft erreicht wichtigen Meilenstein: Recycling von Nylonabfallpulver im 3D-Druck, reduziert Betriebskosten um bis zu 50 %

13. November 2024 – Friedberg bei München – Die voxeljet AG, die Dressler Group GmbH und das Fraunhofer IPA haben den erfolgreichen Abschluss einer Materialstudie für PA12-Abfallpulver aus laserbasierten 3D-Drucksystemen bekannt gegeben. In der Studie wurde Abfallpulver aus selektiven Lasersinteranlagen von der Dressler Group erfolgreich recycelt und vom Fraunhofer IPA an der Universität Bayreuth auf einem VX200 HSS 3D-Drucker von voxeljet verdruckt. Die ersten Ergebnisse zeigen, dass rekonditioniertes PA12-Abfallpulver mit der tinten- und druckkopfbasierten High Speed Sintering (HSS)-Technologie effektiv verarbeitet werden kann und eine nachhaltige und kosteneffiziente Produktion ermöglicht. Die vorläufigen Testergebnisse deuten darauf hin, dass die Materialeigenschaften denen vergleichbarer Drucke mit Frischpulver entsprechen oder diese sogar übertreffen können.

In SLS-Anlagen verliert unbedrucktes PA12-Pulver seine Wiederverwendbarkeit, da sich die Polyamidketten nach der Kondensation durch die hohe Temperatur im Baubereich verlängern, was sich negativ auf die Fließfähigkeit des Pulvers und die Schmelzviskosität auswirkt. Dies erschwert die erneute Verarbeitung des Materials mit laserbasierten Technologien, da der Energieeintrag von Lasern zu kurz ist, um längere Molekülketten entsprechend zu verarbeiten. Daher sind vergleichsweise hohe Auffrischungsraten des Pulvers erforderlich, wodurch Abfälle und hohe Entsorgungskosten anfallen.

Ziel der gemeinsamen Studie war es, dieses gebrauchte Pulver durch die Verarbeitung mit der VX200 HSS-Plattform von voxeljet wiederzugewinnen. Die HSS-Technologie, die einen inkjetbasierten Druckkopf und Infrarotenergie verwendet, bietet einen selektiven und thermisch sanfteren Energieeintrag, so dass das Polyamid graduell sintern kann, was die Wiederverwendung dieses Pulvers ermöglicht. Dies bedeutet einen bedeutenden Fortschritt für die Kreislaufwirtschaft in der additiven Fertigung.

Die Dressler Group, Experte für Pulverdesign und -herstellung, verarbeitete das gebrauchte PA12-Pulver, um es zu homogenisieren und wichtige Pulvereigenschaften wie Fließfähigkeit und Feuchtigkeit wiederherzustellen, so dass es für die Wiederverwendung im HSS geeignet ist.

„Das Recycling von gebrauchtem PA12-Pulver kann die Kosten effektiv senken und die Nachhaltigkeitsbemühungen im Bereich Additive Fertigung unterstützen“, sagt Dr. Ing. Holger Leonards, Head of R&D der Dressler Group. „Unsere Expertise in der Regeneration von Pulvereigenschaften und der Handhabung großer Pulvermengen ermöglicht es Unternehmen, dieses wertvolle Material zurückzugewinnen.“

„Die VX200 HSS ist ein Open-Source-System, das es uns ermöglicht, die Prozessparameter schnell zu ändern und an jedes Pulver anzupassen“, sagt Jan Kemnitzer, Leiter des Forschungsteams am Fraunhofer IPA, und fügt hinzu: “So konnten wir den 3D-Drucker schnell an das Material anpassen und gleichbleibende oder verbesserte Ergebnisse bei den Bauteileigenschaften erzielen.“

„Die Ergebnisse dieser Studie sind besonders interessant für tinten- und druckkopfbasierte Technologien wie die HSS-Technologie. Die Möglichkeit, dieses recycelte Pulver auch auf Produktionsplattformen wie der VX1000HSS zu verarbeiten, wird immense Kosteneinsparungen bringen“, sagt Tobias Grün, Global Product Management bei voxeljet. „Typischerweise entfallen 50 % der Betriebskosten auf die Pulverkosten. Daher bietet diese Entwicklung einen enormen Effekt auf die Kosteneffizienz, während sie gleichzeitig einen zirkulären Materialfluss fördert und Abfall reduziert.“

Diese Studie verdeutlicht das wachsende Problem des überschüssigen PA12-Pulverabfalls in der additiven Fertigungsindustrie. Durch die Rückgewinnung dieses Materials zur Verwendung in der HSS-Technologie von voxeljet können Unternehmen Abfälle reduzieren, Betriebskosten senken und die Nachhaltigkeit ihrer additiven Fertigungsprozesse verbessern.

Erste Teile dieser Zusammenarbeit werden auf der Messe formnext in Frankfurt vom 19. bis 22. November auf dem voxeljet-Stand E08 oder dem Fraunhofer-Stand C71 in Halle 12.1 zu sehen sein.