Innovation in Materialien und fortschrittliches Recycling: Lösungen für eine nachhaltige Zukunft
Einführung in Materialinnovationen
Die verarbeitende Industrie erlebt eine radikale Transformation durch Materialinnovationen und fortschrittliche Recyclingtechnologien. Arkema hat das Programm Virtucycle® gestartet, eine Partnerschaftsinitiative, die es Kunden ermöglicht, “in den Kreislauf einzutreten”, indem sie Polymere zur Weiterverarbeitung bereitstellen oder Materialien mit garantiertem Mindestrecyclinganteil kaufen, ohne Kompromisse bei der Leistung einzugehen. Das Programm konzentriert sich auf Polyamid-11- und Polyamid-12-Harze, PEBA-Elastomere und PVDF-Fluorpolymere.
Die Übernahme von Agiplast durch Arkema hat das traditionelle Angebot erweitert. Agiplast ist ein Recycler und Regenerator von Hochleistungspolymeren mit fundierter Erfahrung in der Neukonstruktion, Zusammensetzung und Zertifizierung dieser Materialien. Arkema fungiert als Vermittler bei der Beschaffung von recycelbaren Materialien und bei der Abstimmung mit Kunden, die an teilweise recycelten Sorten interessiert sind, die sich durch einen günstigeren Lebenszyklus-Profile (LCA) auszeichnen.
Aufkommende Technologien im chemischen Recycling
Im Bereich der additiven Fertigung erzielen Recyclingtechnologien konkrete Ergebnisse. JawsTec nutzt den Drucker QLS 230, um überschüssiges Pulver von anderen Druckern zu recyceln und es in einem Verhältnis von etwa 80/20 (recycelt/neu) mit Neuware zu mischen. Dieses Verhältnis wurde durch Tests definiert, die darauf abzielen, die Verwendung von recyceltem Material zu maximieren, ohne die Qualität der Teile zu beeinträchtigen. Die ausschließliche Verwendung von recyceltem Pulver würde die Bauteile so brüchig wie Papier machen und sie anfällig für Brüche.
Der Drucker ist für schnelle Druckzyklen ausgelegt, die in etwa 24 Stunden inklusive Kühlung abgeschlossen sind, was die Fertigung eines Bauteils pro Tag ermöglicht. Dies sind deutlich kürzere Zeiten im Vergleich zu den mehreren Tagen, die für die Kühlung von herkömmlichen SLS-Druckern erforderlich sind. JawsTec hat bereits die Entsorgung von über 2 Tonnen Pulver vermieden, die Kapazitätsziele erreicht und die Produktion nahezu verdoppelt.
Eine weitere bedeutende Zusammenarbeit ist die von CNPC Powder und dem Automobilzulieferer Brose, die eine strategische Partnerschaft eingegangen sind, um Stahlabfälle aus den chinesischen Produktionslinien von Brose in Eisenbasierte Pulver für die additive Fertigung umzuwandeln. Das neue Pulver, genannt Green Steel, wird vollständig aus Spritzgussabfällen hergestellt und behält die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften der konventionellen Bandstahlbauteile bei.
Biologisch abbaubare und kompostierbare Materialien
Das Virtucycle®-Programm von Arkema recycelt Spritzguss- oder Extrusionsabfälle, Pulver, Teile und Granulate von langkettigen Polyamiden (PA11, PA12), thermoplastischen PEBA-Elastomeren und PVDF. Das Programm unterscheidet zwischen Materialien aus Vorkonsum (industriell verarbeitet, aber nicht in Endprodukte umgewandelt) und Materialien aus Nachkonsum (industriell verarbeitet und als Endprodukte in Anwendungen der Endverwendung eingesetzt).
Materialise, Leader in der Produktion von 3D-gedruckten Brillen und Förderer der Nachhaltigkeit im 3D-Druck, hat sich verpflichtet, den eigenen CO2-Fußabdruck bis 2025 um 50% zu reduzieren. Was den im additiven Fertigungsprozess nicht mehr verwendbaren 3D-Druckpulver betrifft, arbeitet Materialise mit dem Recyclingstandort Agiplast von Arkema zusammen, um es in Granulat für die Spritzgussverarbeitung umzuwandeln.
Arkema arbeitet auch mit dem Schweizer Sportbekleidungshersteller On zusammen, der den weltweit ersten Schuh aus bio-basiertem Polyamid 11 entworfen und auf den Markt gebracht hat, der vollständig recycelbar ist und über ein monatliches Abonnementmodell vertrieben wird. Diese innovativen Schuhe bestehen aus Rilsan® Polyamid 11 Advanced Bio-Circular, das aus nachhaltigen Wunderbaumsamen gewonnen wird.
Kreislaufwirtschaft und Design für Recycling
Arkema liefert zertifizierte recycelte Polymer-Grade durch unabhängige Zertifizierungen und gewährleistet, dass recycelte Hochleistungsmaterialien ein zertifiziertes Mindestrecyclinggehalt aufweisen und Eigenschaften aufweisen, die denen von Neumaterialien ähneln. Im Juni 2024 hat Arkema die Rezertifizierung seiner erweiterten Palette durch SCS Global Services erhalten. Über 26 Referenzen wurden nach sorgfältiger Überprüfung der Produktion und der Lieferanten für den Recyclinggehalt zertifiziert. Das zertifizierte Angebot umfasst PA11, PA12 und PEBA mit einem Recyclinggehalt von 30% bis 95%.
Das Programm bietet drei Kooperationsmodelle für Recyclingprojekte von Polymeren: Sammlung und Recycling, Lieferung von recycelten Materialien und Sammlung mit integrierter Lieferung. Es ist wichtig, zwischen geschlossenen und offenen Recyclingmodellen zu unterscheiden. Im ersten Fall werden Artikel in ähnliche Gegenstände für ähnliche Anwendungen recycelt; im zweiten werden sie in verschiedene Produkte für andere Verwendungen umgewandelt.
Recyclinglösungen wie die von JawsTec ermöglichen den Verkauf von Teilen zu niedrigeren Preisen, da das recycelte Material ohne zusätzliche Kosten gewonnen wird, wodurch die Materialkosten bei der Preisgestaltung reduziert werden. Dies macht das Angebot besonders wettbewerbsfähig, insbesondere für neue Kunden im 3D-Druckbereich, die ihn zum ersten Mal ausprobieren möchten.
Herausforderungen und Chancen der Branche
Trotz der Fortschritte muss die additive Fertigungsindustrie noch viele Schritte unternehmen, um nachhaltige Produktionspraktiken umzusetzen. Viele Initiativen zur Verbesserung der Nachhaltigkeit verursachen höhere Kosten für die Unternehmen, dennoch ermöglichen Lösungen wie das Recycling von Pulvern, den CO2-Fußabdruck zu reduzieren und wirtschaftliche Vorteile zu erzielen.
Aus Sicht der Lieferanten ist es wesentlich zu verstehen, dass die Entwicklung von Systemen auf Basis nachhaltigerer Materialien – wie recycelte oder bio-basierte Polymere – nicht der einzige Weg ist, um die Frage der Nachhaltigkeit im 3D-Druck anzugehen. Die Hersteller von Druckern müssen die Nachhaltigkeit auch auf Systemebene berücksichtigen, das heißt bei der Konstruktion und Produktion der Drucker selbst.
Einige Unternehmen haben Drucker speziell aus recycelbaren Materialien wie Aluminium entworfen, um Verbrauchsmaterialien zu reduzieren, wobei über 80% der Energie direkt in die Produktion der Teile fließt. Die Haupt Herausforderung besteht darin, das richtige Gleichgewicht zwischen der Verwendung recycelter Materialien, der Qualität der produzierten Teile und den Herstellungskosten zu finden und dabei hohe Leistungsstandards beizubehalten.
Zukunftsperspektiven und Schlussfolgerung
Materialinnovation und fortschrittliches Recycling sind grundlegende Elemente für eine nachhaltige zukünftige Fertigung. Programme wie Virtucycle® zeigen, dass es möglich ist, effektive Kreislaufsysteme zu schaffen, in denen Produktionsabfälle zu wertvollen Ressourcen für neue Anwendungen werden. Unabhängige Zertifizierungen garantieren hohe Qualitätsstandards, während strategische Partnerschaften zwischen Herstellern, Recyclern und Endverbrauchern die Schaffung integrierter Wertschöpfungsketten fördern.
Emergierende Technologien im chemischen und mechanischen Recycling eröffnen neue Möglichkeiten, um die Umweltauswirkungen der industriellen Produktion zu reduzieren. Von 3D-Druck mit recycelten Pulvern bis hin zu biobasierten Materialien aus erneuerbaren Quellen vermehren sich die verfügbaren Lösungen. Der Erfolg solcher Initiativen wird davon abhängen, inwieweit die Industrie in der Lage ist, die Technologien zu skalieren, hohe Qualitätsstandards beizubehalten und nachhaltige Praktiken wirtschaftlich attraktiv zu gestalten.
Die Kreislaufwirtschaft ist nicht mehr nur ein theoretisches Konzept, sondern eine operative Realität, die die Art und Weise, wie wir Materialien entwerfen, produzieren und nutzen, verändert. Mit dem fortgesetzten Engagement von Unternehmen, Institutionen und Verbrauchern kann der Fertigungssektor konkret zu einer nachhaltigeren Zukunft beitragen, in der Recycling und Materialinnovation zum Standard und nicht zur Ausnahme werden.
articolo scritto con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale
Fragen & Antworten
- Was ist das Hauptziel des Virtucycle®-Programms von Arkema?
- Das Virtucycle®-Programm zielt darauf ab, die Kreislaufwirtschaft zu fördern, indem es Kunden ermöglicht, Polymere nachzuverarbeiten oder Materialien mit garantiertem Mindestrecyclinganteil zu kaufen, ohne Kompromisse bei den Eigenschaften einzugehen. Es konzentriert sich auf Polyamide, PEBA-Elastomere und PVDF-Fluorpolymere.
- Wie trägt JawsTec zum Recycling im 3D-Druck bei?
- JawsTec verwendet den Drucker QLS 230, um überschüssiges Pulver zu recyceln, indem es dieses mit Neumaterial im Verhältnis 80/20 mischt. Dieser Ansatz ermöglicht es, den Anteil an recyceltem Material zu maximieren und dabei die Qualität zu erhalten, und vermeidet die Entsorgung von über 2 Tonnen Pulver.
- Welche Arten von Materialien werden durch das Virtucycle®-Programm zurückgewonnen?
- Das Programm gewinnt Spritzguss- oder Extrusionsabfälle, Pulver, Teile und Granulate von langkettigen Polyamiden (PA11, PA12), thermoplastischen PEBA-Elastomeren und PVDF zurück. Es unterscheidet zwischen Vor- und Nachverbrauchermaterialien.
- Wie wird die Kreislaufwirtschaft in der Zusammenarbeit zwischen CNPC Powder und Brose angewendet?
- CNPC Powder und Brose wandeln die Stahlabfälle der Produktionslinien in ein eisenbasiertes Pulver namens Green Steel um, das für die additive Fertigung bestimmt ist. Dieser Prozess wiederverwendet Abfälle und behält dabei die Eigenschaften der Originalmaterialien bei.
- Was sind die wirtschaftlichen Vorteile des Recyclings im 3D-Druck, wie von JawsTec gezeigt?
- Recycling ermöglicht den Verkauf von Teilen zu niedrigeren Preisen, da das recycelte Material keine zusätzlichen Kosten verursacht. Dies macht das Angebot besonders wettbewerbsfähig für neue Kunden, die den 3D-Druck ausprobieren möchten.
