Mit dem Green Fab Lab neue Dinge aus recycelten Kunststoffen in 3D drucken

Kajakpaddel, Schneeschuhe, Skateboards. Outdoor-Sportartikel waren früher ein schwieriger Markt für den 3D-Druck, aber die Herstellung von verschmolzenen Partikeln (Fused Particle Fabrication, FPF) kann dies ändern.

Ein Team unter der Leitung von Ingenieuren der Michigan Technological University und von re:3D, Inc. entwickelte und testete den Gigabot X, einen Open Source Industrie FPF 3D-Drucker, der Kunststoffabfälle verwenden und in große, starke Drucke umwandeln kann. Aufgrund der einzigartigen Herausforderungen, die mit Sportartikeln verbunden sind – Größe, Haltbarkeit, Genauigkeit – , entschied sich das Team für mehrere von der Upper Peninsula inspirierte Artikel.

In ihrem neuen Artikel, der in Additive Manufacturing veröffentlicht wurde, erläutert das Team, wie sich Fab Labs, Prototyping- und technische Werkstätten, die eine persönliche digitale Fertigung ermöglichen, und andere 3D-Druckzentren wie Makerspaces, öffentliche Bibliotheken oder Schulen beim Drucken wirtschaftlich erhalten können umweltfreundliche Produkte mit FPF. In einigen Fällen lag der Return on Investment für einen Gigabot X bei hoher Kapazität und wiederverwertbaren Rohstoffen über 1.000 Prozent.

„Dies ist kein Gadget um Spielzeug für Ihre Kinder zu machen. Dies eine industrielle Maschine gemacht um echte, große, leistungsstarke Produkte zu erzeugen. Mit weit über 1.000 Fab Labs weltweit, die sich schnell in umweltfreundliche ‘Green Fab Labs’ verwandeln, könnte der Gigabot X ein nützliches Werkzeug sein, um seine Dienste und andere Makerspaces zu erweitern.“, sagte Joshua Pearce, Richard Witte Endowed Professor für Werkstoffwissenschaft und Technik und ein Professor in der Abteilung für Elektrotechnik und Informationstechnik. “Natürlich wollten wir für unsere Tests recycelten Kunststoff verwenden.”

Das ist ein Markenzeichen des Gigabot X – im vergangenen Jahr hat eine gemeinsame Studie von Michigan Tech und re:3D gezeigt, dass es mit einer Vielzahl von Kunststoffen verwendet werden kann, die aus dem Abfall gewonnen werden, um in einem neuen produktiven Leben weiterzuleben. Das System basiert auf einem früheren Entwurf des MOST Lab, dem Recyclebot, der Kunststoffabfälle für 3D-Drucker herstellt. Das Pearce-Team hat sich eingehend mit besseren Methoden zum Sortieren, Sieben und Klassifizieren von Kunststoff befasst, um die 3D-Druckbarkeit zu verbessern. Das Schmelzen und Extrudieren schwächt den Kunststoff jedoch, er kann fünf Zyklen aushalten, bevor er mechanisch beeinträchtigt wird. Neu beim Gigabot X ist das sogenannte Fused Particle Fabrication (FPF) oder Fused Granular Fabrication (FGF), bei dem die Herstellung von Filamenten vor dem 3D-Druck übersprungen und ein Schmelzzyklus eingespart wird. Grundsätzlich druckt es direkt aus zerkleinerten Abfällen. Die Größe und Vielseitigkeit des Gigabot X bei der Verwendung von Materialien, einschließlich Abfall, spiegelt sich in der Wirtschaftlichkeit der Maschine wider.

Obwohl der Gigabot X im Vergleich zu Privathaushalten nicht billig ist – er kostet rund 18.500 US-Dollar -, bietet die Vorabinvestition ein höheres Renditepotenzial. Das Team verwendete drei Fallstudien: ein Skateboard Deck, zweischneidige Kajak Paddel-(sowohl in Kindergröße und Größe für Erwachsene auf einem Aluminiumrohr) und Schneeschuhe.

Pearce und sein Team verglichen die Kosten für Low-End- und High-End-Optionen mit dem im Handel erhältliche Produkten. Drucke mit kommerziellem Filament, Drucke mit kommerziellen Pellets und Drucke mit recyceltem Kunststoff. Diese wurden mit vier Kapazitätsszenarien verglichen: kontinuierliches Drucken, ein neuer Start pro Tag, zwei neue Starts pro Tag und ein Druckvorgang pro Woche. Der gedruckte Kayakpaddel, das wegen des Metallrohrs am kompliziertesten zu erzeugen und zu vergleichen war, war finanziell vergleichbar mit dem am wenigsten teueren off-the-shelf Paddel. Skateboards und Schneeschuhe waren sowohl einfach herzustellen als auch wesentlich kostengünstiger als kommerzielle Produkte. Der FPF-Druck hat die Wirtschaftlichkeit der selbst billigsten Decks mit handelsüblichen Pellets übertroffen und die Kosten durch Kunststoffabfälle gesenkt. Wenn der Gigabot X nur einmal am Tag betrieben wird, könnte er über seine gesamte Lebensdauer Millionen von Dollar an Sportartikeln produzieren.

“Sobald die Anschaffungskosten beseitigt sind, die oft weniger als ein Jahr betragen, haben FPF- oder FGF-Maschinen ein enormes Gewinnpotenzial. Sie sind wirtschaftlich absolut sinnvoll”, sagte Pearce. “Das Fazit ist, dass sich Gigabot X bei angemessener Auslastung bezahlt machen und in den meisten Szenarien einen zweistelligen oder dreistelligen Return on Investment erzielen. Wenn Sie es mehr als einmal pro Woche verwenden, können Sie problemlos Geld verdienen.”

Für grüne Fab Labs sowie für die aufkeimenden Makerspaceszene auf der ganzen Welt präsentiert die Gigabot X eine anpassbare, Open Source, umweltfreundlich Option um das 3D-Druckzentrum zu erhalten.