Der Trend zum Hybriden Leichtbau hat einen entscheidenden Nachteil: das Recycling wird erschwert. Bauteile aus Monomaterial sind einfacher zu recyceln und so werden Ressourcen effektiv geschont. Im Projekt Monomat an der Universität Bayreuth wollen die Forschenden die additive Fertigung nutzen, um Leichtbauprodukte für Medizin, Sport und Lifestyle aus nur einem Werkstoff herzustellen. Das Material soll wiederholt mit möglichst geringen Verlusten recycelt und in verschiedenen Produktklassen eingesetzt werden können.

Produktbeispiele sind Sohlen für Laufschuhe, Schuhplatten, Schienbeinschoner, Prothesen oder Orthesen. Für das Design, die Produktion und das Recycling solcher Produkte haben die Bayreuther ein Kaskadenmodell konzipiert, das Medizin, Sport und Lifestyle miteinander verzahnt und dabei verschiedene Hightech-Verfahren verknüpft: das High Speed Sintering (HSS), das Laser Sintering (LS), das Extrusion Additive Manufacturing (EAM) und das Spritzgießen.

„Ungelöste Herausforderungen betreffen allerdings die Wiederverwendung. Genau hier setzt das Projekt MonoMat an: Unser Ziel ist es, die im Additiven Fertigungsverfahren verwendeten Materialien möglichst vollständig und wiederholt so zu recyceln, dass sie Teil einer branchenübergreifenden ökologischen Kreislaufwirtschaft werden.“ Prof. Dr.-Ing. Stephan Tremmel, Projektleiter, Lehrstuhl Konstruktionslehre und CAD, Universität Bayreuth

Am Anfang des Kaskadenmodells steht die Additive Fertigung, wobei individualisierte Produkte in der Medizin eine herausragende Qualität aufweisen müssen. Dabei kommen die Sinterverfahren HSS und LS zum Einsatz. Sind die Produkte nicht länger verwendbar, wird das Material recycelt: Je nachdem, in welchem Zustand es sich befindet, wird es erneut zu Medizinprodukten verarbeitet, oder es findet Anwendung im Sport oder im Lifestyle – also in Bereichen, in denen qualitative Anforderungen an Materialeigenschaften leichter erfüllbar sind. Auch für die Materialextrusion (EAM) steht das recycelte Material zur Verfügung. Bei diesem Verfahren wird es so oft wiederverwendet, bis es sich letztlich abgenutzt hat. Dann kann es für das Spritzgießen in der Massenproduktion weiterverwendet werden.

Leichtbau-Demonstratoren, die als konkrete Anwendungen aus dem Kaskadenmodell hervorgehen, sollen die Möglichkeiten und Grenzen dieses neuen Ansatzes ausloten.

Ein besonderer Aspekt ist die Berechnung der Treibhausgas-Emissionen, die durch das Kaskadenmodell eingespart werden können. Für diese Prognosen wollen die Forschungsteams in Bayreuther eine Methode anwenden, die nicht nur die jeweiligen Materialien und Produktionsprozesse, sondern auch das Recycling und ökologische Auswirkungen wie Nebenprodukte und Abfälle in Betracht zieht. So soll das Projekt MonoMat zeigen, welchen konkreten Nutzen die Kombination aus Leichtbau und Additiver Fertigung für den Klimaschutz haben kann.

Bild oben: Das Konzept der kaskadierten Recycling-Zyklen. (Quelle: UBT / Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD)

Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung

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