Umweltauswirkungen der additiven Fertigung und des 3D-Drucks

In einer Sonderausgabe des Journal of Industrial Ecology der Yale University stellen Forscher weitere Analysen zur Umweltverträglichkeit des 3D-Drucks vor.

Laut Tim Gutowski, Professor für Maschinenbau am Massachusetts Institute of Technology (MIT), “gibt es eine begrenzte quantitative Analyse der Umweltleistung des 3D-Drucks. Vieles davon konzentriert sich nur auf die Energie, die während der Produktion verbraucht wird, und nicht auf die Auswirkungen der Rohstoffproduktion, der Verwendung des Produkts selbst oder der Abfallwirtschaft.”

Um diese Lücke zu schließen, raten die Forscher vom MIT, Yale und der University of Nottingham, dass “die Aufregung über die Möglichkeiten für dramatische Umweltverbesserungen” mit dem Wissen über den sich entwickelnden Zustand der additiven Fertigung moderiert werden sollte.

In der Fachzeitschrift “Environmental Dimensions of Additive Manufacturing and 3D Printing journal” hat Professor Gutowski zwei wesentliche Merkmale des 3D-Drucks gesammelt, die zu seinem Ruf als grüne Technologie geführt haben. Dies schließt die Abfallreduzierung ein, da die additive Fertigung recycelte Materialien bei den gewünschten Kapazitäten verwendet, wodurch im Vergleich zur subtraktiven Herstellung weniger Materialüberschuss verbleibt.

Der zweite von Professor Gutowski genannte Kernaspekt betrifft die Zugänglichkeit von 3D-Drucktechnologien. Dies ermöglichte es den einzelnen Herstellern, Produkte vor Ort herzustellen, wodurch die Notwendigkeit, Produkte an Endverbraucher zu transportieren, verringert wurde. Dieser Prosumer-Vorteil wurde zuvor durch eine aktuelle Studie des Umweltbundesamtes (UBA) als zentraler Beitrag zu den umweltfreundlichen Vorteilen der additiven Fertigung anerkannt.

Verschwenderische additive Fertigung

Nichtsdestotrotz stellt Professor Gutowski fest, dass 3D-Druck immer Abfall produziert, da einige Technologien während der Produktion Stützstrukturen benötigen. “Diese Träger können nicht immer wieder zu Rohstoffen zurückverarbeitet werden und es ist auch wichtig zu überlegen, ob die Kunststoffe, Metalle oder gemischten Materialien, die in Teilen verwendet werden, recycelt werden können.”

Darüber hinaus deuten Artikel in der Zeitschrift darauf hin, dass 3D-Druck auf Abruf und Rapid Prototyping zu “dramatischen Steigerungen bei Wegwerfprodukten für Endverbraucher” führen kann. Von 3D-gedruckten Zeichentrickfiguren bis hin zu 3D-bedruckten Handyhüllen gibt es immer Raum für individuelle Anpassungen von einem 3D-Modell, was bedeutet, dass sein Vorgänger verworfen wird oder übrig bleibt, um Staub zu sammeln – steigender Material- (Plastik-) Verbrauch. Innovative Materialien wie biologisch abbaubares PLA aus Hanffasern bekämpfen diesen Verbrauch jedoch.

3D druckbare Materialien und die Umwelt

Luftgetragene Materie, dh flüchtige organische Verbindungen (VOCs), die hauptsächlich in industriellen 3D-Druckprozessen vorhanden sind, waren auch in dieser Zeitschrift sowie in der UBA-Studie, die sie als “schädliche Bi-Produkte” bezeichnen, ein Problem. Die Ergebnisse eines zweijährigen Untersuchungsberichts von Underwriters Laboratories, einer globalen Organisation für Sicherheitswissenschaften, kamen zu dem Schluss, dass die Exposition gegenüber Partikeln und VOC-Emissionen, die durch 3D-Druckverfahren erzeugt werden, bei Anwendung geeigneter Vorsichtsmaßnahmen im Allgemeinen gering ist.

Darüber hinaus bemerkte Professor Gutowski bei der Überprüfung dieser Studie, “Wissenschaftler untersuchen die Aussetzung gegenüber Emissionen von winzigen Kunststoffpartikeln und Sicherheitsrisiken beim Einsatz von additiven Fertigungsmaschinen.”

Eine ergänzende Umweltproduktionsmethode

Professor Gutowski bekräftigt die Forschungsergebnisse und wiederholt die innovativen und leichtgewichtigen Fähigkeiten des 3D-Drucks, während gleichzeitig die indirekten Umweltschäden berücksichtigt werden. Dies liegt an den zusätzlichen traditionellen Herstellungsprozessen (wie zum Beispiel CNC-Bearbeitung), die bei der Herstellung von funktionalen 3D-Druckprodukten erforderlich sind.

“ADDITIVE HERSTELLUNG IST EINE ERGÄNZUNG ZU KONVENTIONELLEN HERSTELLUNGSPROZESSEN, NICHT EIN ERSATZ FÜR SIE.”

“Während einige 3D-Druckanwendungen möglicherweise nicht umweltfreundlich sind, gibt es viele Möglichkeiten für Verbesserungen, die noch nicht verfolgt wurden. Der erste Schritt ist mehr Forschung über die Umweltauswirkungen der Herstellung von Materialien, die im 3D-Druck verwendet werden, wie 3D-Produkte verwendet werden und die Abfälle, die sie erzeugen.”