Er ist für seine fortschrittliche Technologie bekannt – doch wir prüfen, wie es um die Nachhaltigkeit des 3D-Druckers steht.
Die Technologie des 3D-Drucks wird auch als additive Fertigung bezeichnet. Sie kommt seit einigen Jahren in verschiedenen Industrien zum Einsatz – etwa in der Automobilbranche oder der Medizintechnik. Der 3D-Drucker baut Objekte schichtweise auf und kann selbst komplexe Formen, die mit herkömmlichen Produktionsverfahren nur schwer realisierbar wären, mit größter Präzision herstellen. Doch wie nachhaltig ist 3D-Druck? Wir schauen uns das Ganze im folgenden Artikel genauer an.
Ein 3D-Drucker funktioniert im Grunde wie eine hochpräzise, computergesteuerte Heißklebepistole. Der Prozess beginnt mit einem digitalen 3D-Modell auf dem Computer – quasi virtuelle Knetmasse. Der Drucker schmilzt das Druckmaterial und trägt es Schicht für Schicht von unten nach oben auf, bis das Objekt fertig ist.
Die Palette der Materialien, die 3D-Drucker verarbeiten können, ist erstaunlich vielfältig. Neben verschiedenen Kunststoffsorten wie ABS, PLA und Polyamid gehen moderne Drucker auch mit Metallen wie Stahl, Aluminium und Gold um. In der Lebensmittelindustrie kommen sogar essbare Materialien wie Schokolade oder Zuckerguss zum Einsatz. Zur Herstellung von maßgeschneiderten Prothesen oder sogar Gewebestrukturen werden in der Medizin zudem biokompatible Materialien genutzt. Die Möglichkeiten scheinen endlos.
3D-Drucker gibt es inzwischen sogar schon für den Privatgebrauch. Diese kompakten Modelle arbeiten meist mit Kunststoffen, seltener auch mit Holz oder Glasfasermaterialien, und funktionieren für einfache Projekte – zum Beispiel zur Herstellung von Spielfiguren, Smartphone-Zubehör oder kleinen Prototypen für kreative Arbeiten. In der Industrie kommen 3D-Drucker im großen Stil zum Einsatz. In Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie sowie im Bauwesen ist die Technologie bereits fest verankert.
Die Technologie selbst hat sich aufgrund der hohen Präzision und Effizienz bereits bewährt. Wenn der 3D-Drucker zukünftig also in mehr und mehr Fabriken und Forschungszentren Einzug hält – und das ist abzusehen – muss bestmögliche Nachhaltigkeit sichergestellt sein. Nach aktuellem Stand ist 3D-Druck schon in vielerlei Hinsicht, aber nicht per se nachhaltig. Das zeigt die folgende Übersicht.
3D-Druck verwendet nur das Material, das tatsächlich benötigt wird. Durch das schichtweise Vorgehen entsteht weniger Abfall und die Produktion ist maximal ressourceneffizient. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren punktet der 3D-Druck hier also in Sachen Nachhaltigkeit. In Branchen wie der Luftfahrt und dem Automobilbau ist dieser Punkt von besonderer Bedeutung, da hier häufig teure und teils seltene Materialien zum Einsatz kommen.
Mit einem 3D-Drucker lassen sich beschädigte Produkte leichter reparieren, denn Ersatzteile können on-demand, also sofort nach Bedarf, gedruckt werden. Das erhöht in erster Linie die Lebensdauer von Produkten, verhindert zugleich aber auch die Überproduktion von Ersatzteilen. Es wird nur das produziert, was auch gebraucht wird.
Ersatzteile können mit einem 3D-Drucker direkt dort gedruckt werden, wo sie gebraucht werden. Durch diese dezentrale Fertigung werden Transportwege umgangen oder verkürzt. Das spart Energie und reduziert den CO2-Ausstoß. Insbesondere bei globalen Lieferketten ist dieser Vorteil im Vergleich mit herkömmlichen Herstellungsmethoden entscheidend.
Komplexe Geometrien ermöglichen leichtere Bauteile, die z. B. in der Luftfahrt für reduzierte Emissionen sorgen können. Denn: Obwohl neben dem Gewicht noch andere Faktoren Einfluss nehmen (Aerodynamik, Fluggeschwindigkeit etc.), gilt, dass leichtere Flugzeuge in der Regel weniger Treibstoff verbrauchen. Im Umkehrschluss setzen sie auch weniger Treibhausgase frei. Doch auch für andere Industrien kann die Gewichtsreduktion ihrer Produkte sinnvoll sein. Müssen diese etwa per Spedition transportiert werden, spart die leichtere Bauweise auch hier eine erhebliche Menge an CO2.
Industrielle 3D-Drucker können je nach Größe, Leistung und verwendeter Technologie einen erheblichen Stromverbrauch aufweisen. Allerdings können sie in vielen Fällen energieeffizienter sein als herkömmliche Produktionsverfahren, insbesondere wenn diese mehrere Arbeitsschritte und Maschinen erfordern. Die Gesamteffizienz hängt jedoch von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der spezifischen Anwendung, der Produktionsmenge und der Komplexität des herzustellenden Teils.
Der 3D-Druck kann die Kreislaufwirtschaft fördern, da Materialien recycelt und wiederverwendet werden können. Besonders interessant ist dabei das sogenannte „Filament-Recycling“, bei dem alte Druckmaterialien zu neuem Filament für den 3D-Druck aufbereitet werden. Einige Unternehmen und Start-ups bieten zudem Recycling-Lösungen an, die das Upcycling von sonstigen Kunststoffabfällen in hochwertige Druckmaterialien ermöglichen.
Beim 3D-Druck kann es zu Feinstaubbelastung kommen – das Ausmaß hängt dabei jedoch immer vom verwendeten Material ab. PLA erzeugt zum Beispiel weniger Emissionen als ABS, das mehr schädliche Mikropartikel freisetzt. Vorsichtsmaßnahmen können die Risiken minimieren, jedoch besteht weiterer Forschungsbedarf zu langfristigen Auswirkungen.
Die Wahl des richtigen Materials spielt eine entscheidende Rolle für die Nachhaltigkeit des 3D-Drucks. Häufig verwendete Materialien wie Kunststoffe und Metalle sind zwar praktisch, doch ihre Herstellung ist oft energieintensiv und ihre Recycling-Fähigkeit begrenzt.
Kunststoffarten wie ABS oder PLA sind weit verbreitet, wobei PLA als biologisch abbaubarer Kunststoff nachhaltiger erscheint. Allerdings hängt seine Umweltverträglichkeit stark von der richtigen Entsorgung ab.
Aktuell wird intensiv an neuen Materialien geforscht, die sowohl leistungsfähig als auch umweltfreundlich sind. Biokunststoffe und recycelbare Polymere sind hier vielversprechende Alternativen, die in Zukunft eine größere Rolle spielen könnten.
Mit diesen Materialien kann ein 3D-Drucker arbeiten:
| PLA (Polylactide) | |
|---|---|
| Metalle | Aluminium |
| ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) | |
|---|---|
| Metalle | Titan |
| PETG (Polyethylenterephthalat mit Glykol) | |
|---|---|
| Metalle | Edelstahl |
| Nylon (Polyamid) | |
|---|---|
| Metalle | Kupfer |
| TPU (Thermoplastisches Polyurethan) | |
|---|---|
| Metalle | Gold |
| PEEK (Polyetheretherketon) | |
|---|---|
| Metalle | |
| HIPS (High Impact Polystyrene) | |
|---|---|
| Metalle | |
In unserer Ausbildungswerkstatt nutzen wir 3D-Druck für verschiedene Aufgaben. Meist geht es um Reparaturen und die Herstellung von Spezialteilen fürs Rebuilding. Außerdem kann etwa das Schloss einer Ladesäule für E-Autos mithilfe von Teilen aus dem 3D-Drucker optimiert werden.
Darüber hinaus dürfen unsere Auszubildenden den 3D-Drucker für kleinere eigene Projekte verwenden. So machen sie sich mit dem Umgang vertraut und lernen mögliche Anwendungsfälle kennen.
Wir bilden unter anderem Industriekaufleute, Fachkräfte für Metalltechnik und Mechatroniker:innen aus. Wer sich für diese Bereiche interessiert, findet offene Ausbildungsstellen auf unserer Website.
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