Gigabot X: Optimierung von recycelten Filamenten

Der in Houston, Texas, ansässige 3D-Druckerhersteller re:3D arbeitet an der Modifizierung seines Gigabot 3D-Druckers, um künftig recycelte Filamente 3D drucken zu können. Das Ziel hinter diesem Vorhaben ist das Testen sowie die Optimierung von recycelten Materialien.

In der Welt der additiven Fertigung arbeiten schon viele Hersteller an der Entwicklung von recycelten 3D-Druckmaterialien, um die Umweltauswirkungen des 3D-Druck zu mindern. Unter anderem gelang es Experten bereits Filament aus Plastikflaschen, anderem Müll oder auch fehlerhaften Drucken herzustellen. Diese Bemühungen können 3D-Druck-Anwendern nicht nur dabei helfen Kosten zu sparen, ebenso ermöglichen recycelte Filamente eine gewisse Selbstversorgung, was vor allem in abgelegenen Regionen von Vorteil sein kann.

Mit eben diesem Ziel, Menschen in abgelegenen Gegenden zu helfen unabhängiger zu werden, arbeitet der im Jahr 2013 gegründete 3D-Druckerhersteller re:3D nun an der Modifizierung seines Gigabot 3D-Druckers. Diese Änderungen sollen den Druck von recycelten Materialien auf dem 3D-Drucker ermöglichen.

Im Rahmen einer Studie, welche unter dem Titel “Fused Particle Fabrication 3D-Druck: Optimierung und mechanische Eigenschaften von Recyclingmaterialien” publiziert wurde, nutzten das forschende Team einen Open-Source-Prototypen des Gigabot X 3D-Druckers, um recycelte 3D-Druckmaterialien zu testen und zu optimieren. Hierbei wurden Virgin-PLA-Pellets sowie -Prints analysiert und mit vier recycelten Polymeren, darunter PLA, ABS, PET und PP, verglichen.

“Die Größeneigenschaften der verschiedenen Materialien wurden mittels digitaler Bildverarbeitung quantifiziert,” erklären die Forscher. “Anschließend wurden Leistungs- und Düsengeschwindigkeitsmatrizen zur Optimierung der Druckgeschwindigkeit und ein Drucktest zur Maximierung des Ausstoßes eines Zwei-Temperatur-Stufen-Extruders für ein bestimmtes Polymer-Rohmaterial eingesetzt. Mit Hilfe von Zugversuchen nach ASTMtype 4 wurden die mechanischen Eigenschaften der einzelnen Kunststoffe beim Bedrucken mit einem Partikelantriebsextruder ermittelt und mit dem Filament-Druck verglichen.”

Erste Ergebnisse zeigten, dass der Gigabot X Materialien 6,5 bis zu 13 Mal schneller als vergleichbare 3D-Drucker druckt, ohne dabei mechanischen Eigenschaften signifikant zu beeinträchtigen. Dies ist insofern eine wichtige Erkenntnis, da die mechanischen Eigenschaften von Polymeren durch Erhitzen sowie Extrudieren meist verschlechtert werden. Der Gigabot X zeigt nun also eine Möglichkeit, um diese Degradation zu reduzieren indem direkt mit Partikeln aus recyceltem Kunststoff 3D-gedruckt wird.

Auch ist der modifizierte 3D-Drucker aus dem Hause re:3D in der Lage eine breite Palette an Partikelgrößen und -verteilungen durchzuführen. Weiters war die Verarbeitung der Materialien sehr gering, da diese lediglich gereinigt und gemahlen oder geschreddert werden mussten. Weitere Tests in Bezug auf die Zugfestigkeit zeigten keine Verschlechterung der Polymer-Eigenschaften. Jedoch möchten die Forscher künftig auch Faktoren wie Kompression, Schlagzähigkeit, Bruchzähigkeit, Kriechtest, Ermüdungstest und Biegefestigkeit testen.

Momentan weist der Gigabot X noch einige Einschränkungen auf. Zu diesem zählen beispielsweise eine niedrigere Auflösung in der XY-Ebene sowie die Tatsache, dass Teile, welche kleiner als 20 mm x 20 mm sind, aufgrund der hohen Wärmeübertragungsraten aus der großen Kontaktfläche des Extruders nicht zuverlässig gedruckt werden können. Auch fehlt dem Drucker derzeit noch ein Teilkühlsystem.

Jedoch ist der Gigabot X noch ein erster Prototyp und soll künftig weiter optimiert werden.