CEPAM – Circular Economy Powder for Additive Manufacturing

Im Forschungsprojekt CEPAM wird ein Recycling-Prozess für hochqualitative Metallpulver für die Additive Fertigung entwickelt. Verschiedene Methoden der Energieeinbringung werden auf Energieeffizienz, Skalierbarkeit und Pulverqualität evaluiert und im Pilotmaßstab aufgebaut. Das rezyklierte Metallpulver wird charakterisiert und im Laser Powder Bed Fusion Prozess verarbeitet. Um die mechanischen Eigenschaften der gedruckten Bauteile zu vergleichen, werden Teile sowohl aus neuem als auch rezyklierten Pulver gedruckt.

Kurzbeschreibung

Heutzutage scheint es sinnvoll, bei sich neu entwickelnden, „disruptiven" Produktionsprozessen, wie den Prozessen der Additiven Fertigung, die Aspekte „Nachhaltigkeit", „CO₂-Fußabdruck", „Kreislaufwirtschaft" von Grund auf zu untersuchen und zukünftige ökologische und ökonomische Entwicklungen zu antizipieren.

Die Additiven Fertigungsprozesse bieten mannigfaltige Vorteile, insbesondere im Produktdesign, sie sind jedoch aufwändig in Bezug auf den Ressourcenverbrauch, insbesondere was den dafür notwendigen Rohstoff, das Metallpulver, betrifft.

Die Pulvereigenschaften transformieren sich mehr oder weniger direkt in die Eigenschaften des gedruckten Bauteils, daher sind die Anforderungen an diese Pulver hoch: Idealerweise sind diese sphärisch und porenfrei, haben keine Agglomerate oder Satelliten und einen niedrigen Gehalt an Oxiden oder Nitriden. Während des 3D-Druck-Prozesses steigt der Sauerstoffgehalt der Pulver an, die Anzahl der Agglomerate nimmt zu und dadurch nimmt die Sphärizität ab. Das bedeutet, dass im Druckprozess gebrauchte Pulveranteile nicht beliebig oft weiterverwendet werden können, vielmehr müssen diese nach einer gewissen Anzahl von Druck-Prozessen entsorgt werden, oder sie werden niederwertigen Verarbeitungsprozessen zugeführt.

Je öfter also ein Material im 3D-Druck im Pulverbett verwendet werden kann, desto geringer ist der Gesamtfußabdruck dieser Prozesskette. Nachdem dies aber nicht unbegrenzt möglich ist, ist es naheliegend, das bereits verwendete Pulver zu recyceln und im Sinne einer kreislauffähigen Prozesskette wieder dem hochwertigen Prozess der Additiven Fertigung zuzuführen.

Mikroskop-Aufnahme des Metallpulvers — Recycling-Prozess für Metallpulver

Um dies umzusetzen, wird in 3 Projektabschnitten vorgegangen:

Im ersten Projektabschnitt werden die verschiedenen Möglichkeiten der Energieeinbringung in Bezug auf Energieeffizienz, Skalierbarkeit und Pulverqualität evaluiert und in Prinzipversuchen die jeweiligen Chancen und Risiken erarbeitet.
Im zweiten Abschnitt werden die zielführenden Methoden im Pilotmaßstab aufgebaut und verschiedene Metallpulver sphäroidisiert. Die auf diese Weise „runderneuerten" Pulver werden wiederum im Pulverbett verdruckt und die Eigenschaften der Bauteile getestet.
Im dritten Abschnitt wird insbesondere Titanlegierungspulver recycelt und die im Druckprozess entstehenden Oberflächenoxide reduziert. Anschließend werden die Pulver verdruckt und die Eigenschaften der Bauteile wiederum untersucht und mit Bauteilen aus „neuem" Pulver verglichen.

Projektbeteiligte

Projektleitung

DIⁱⁿ Anna Köll - Metalpine GmbH

Projektpartner:innen

Montanuniversität Leoben
Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes
Montanuniversität Leoben
Lehrstuhl für Umformtechnik

Kontaktadresse

DIⁱⁿ Anna Köll
Metalpine GmbH
Kratkystraße 2
A-8020 Graz
Tel.: +43 (681) 207 552 20
E-Mail: koell@metalpine.at
Web: www.metalpine.at