Home Forschung & Bildung Neuer Ansatz zur Verbesserung mechanischer Eigenschaften bei recycletem Filament

Neuer Ansatz zur Verbesserung mechanischer Eigenschaften bei recycletem Filament

Mit der Anbringung von zwei piezoelektrischen Wandlern an einem gewöhnlichen FFF-3D-Drucker (Fused Filament Fabrication) ist es Forschern der Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM) gelungen, einen Teil der Festigkeitsverringerung, die bei recyceltem ABS häufig auftritt, rückgängig zu machen und das Teil damit widerstandsfähiger zu machen.

Kombiniert man diese Methode mit geschicktem Design, so kann die Menge an umweltschädlichem Filament das entsorgt werden muss, nach Ansicht der Forscher, minimiert werden.

Verbesserung der Materialeffizienz

Die Nachhaltigkeit von 3D-Druck wird häufig debattiert, da er zwar durch seinen additiven statt subtraktiven Fertigungsprozess Material einspart, er durch die vielen Fehldrucke, Stützstrukturen, etc. aber auch viele Abfälle erzeugt, die für die Umwelt schwer belastend sein könnten.

Eine Möglichkeit dies zu kontern wäre das Filament zu recyceln. Hierbei verändern sich jedoch die Eigenschaften des Materials, so dass es bis zu 49 % weniger Druckfest ist als zuvor.

Das Team hat nun erforscht warum dieser Effekt auftritt und hat herausgefunden, dass eine schlechte Zwischenschichtbindung als Fehlerquelle orten lässt. Das bedeutet, dass das Material von Innen beschädigt wird und so nicht mehr optimal genutzt werden kann.

Ultraschallschwingungen

Und so entwickelten die Forscher ihr eigenes recyceltes Material aus gebrauchtem ABS-Granulat, das sie anschließend zu 1,75 mm dickem Filament extrudiert haben und mit einer FFF-Maschine mit piezoelektrischen Wandlern gedruckt haben. Zur Verbesserung der Stabiltät wurden Ultraschallschwingungen, mit einer Frequenz von 20kHz, eingesetzt.

Nachdem sie auf den ersten Modellen Oberflächenfehler festgestellt hatten, beschlossen die Ingenieure die Düsentemperatur von 230°C auf 270°C zu erhöhen und die Druckgeschwindigkeit zu verringern.

Die Verbesserung ließ sich sehen und sogar messen. Die Biegefestigkeit und das Elastizitätsmodul war im Vergleich zu den nicht exponierten Teilen um 43 % bzw. um 53 % höher. Die Zugfestigkeitstests bestätigten schließlich die Annahme und zeigten bei einer Festigkeit von 27,5 MPa um 24 % höhere Ergebnisse als bei ungebhandelten Teilen.

In Zukunft planen die Forscher ihr Design als Open-Source zu veröffentlichen. Sie verstehen ihr Porjekt als Beitrag die Welt vom Müll zu befreien und die Umweltbelastung des 3D-Druck zu minimieren, weshalb sie ihre Technologie für jeden zugänglich machen wollen.

„Insgesamt ist [unser] Ansatz eine praktikable Option für die bessere Nutzung von gedruckten Materialien und verbessert mit Hilfe von Ultraschallschwingungen die mechanischen Eigenschaften von recyceltem ABS“, so das Team in seinem Beitrag. „Daher zeigt diese Studie ein enormes Potenzial für die nachhaltige Bewirtschaftung von ABS-Abfällen durch Recycling, die ansonsten eine zunehmende Belastung für Ressourcen und Deponien darstellen.“

Mehr über Universiti Teknikal Malaysia Melaka finden Sie hier.

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