anwenderreportage

GS-Pro ermöglicht Unternehmen einen nachhaltigen SLS-Prozess

In Zeiten von Lieferengpässen, Materialknappheit und steigendem Umweltbewusstsein ist ein verantwortungsvoller Umgang mit Ressourcen besonders wichtig. Wie man mit einer konsequenten Weiterverwertung von Restpulver diesem Anspruch gerecht werden kann, zeigt die Produktion bei KTM Technologies, die mit der Unterstützung der GS-Pro GmbH 100 % ihres Restpulvers weiter nutzen kann.

Das nicht verarbeitete Pulver im Bauraum kann normalerweise nur zu einem geringen Teil weiterverwendet werden. Durch die Aufbereitungstechnologie von GS-Pro steigt der Wiederverwendungsanteil auf 100 %.

Das nicht verarbeitete Pulver im Bauraum kann normalerweise nur zu einem geringen Teil weiterverwendet werden. Durch die Aufbereitungstechnologie von GS-Pro steigt der Wiederverwendungsanteil auf 100 %.

Shortcut

Aufgabenstellung: Reduzierung von Pulverabfall.
Material: Polyamid.
Lösung: Materialaufbereitung durch GS-Pro-Verfahren.
Nutzen: Sämtliches Altpulver kann nach Aufbereitung wiederverwendet werden. Dadurch wirtschaftlichere und ökologischere Pulvernutzung bei teilweise besseren Bauteileigenschaften.

Explodierende Rohstoffpreise und mangelnde Verfügbarkeit machen auch Anwendern von SLS-Maschinen im Moment das Leben schwer. Frustrierend für viele ist dabei, dass beim Prozess Altpulver entsteht, das nur zu einem gewissen Prozentsatz weiterverwendet werden kann. Dieses ist nicht nur teurer Abfall, sondern zudem oft schwer zu entsorgen. Zumindest nicht ohne erheblichen Kostenaufwand. Da kann sich glücklich schätzen, wer einen Weg gefunden hat, dieses Pulver loszuwerden oder im besseren Fall sogar recyceln zu lassen und anschließend wieder verwenden zu können.

KTM Technologies hat sehr viele Verkleidungsteile in ihren Baujobs. Die besseren Bauteileigenschaften durch die Verwendung von aufbereitetem Pulver sind ein klarer Vorteil.

KTM Technologies hat sehr viele Verkleidungsteile in ihren Baujobs. Die besseren Bauteileigenschaften durch die Verwendung von aufbereitetem Pulver sind ein klarer Vorteil.

Florian Fischer
Projektleiter und Lead Engineer, Additive Manufacturing bei der KTM Technologies GmbH

„Durch die Materialaufbereitung von GS-Pro können wir im SLS-Bereich nicht nur nachhaltiger wirtschaften, sondern erzielen auch klare Einsparungen im Hinblick auf die Materialkosten bei SLS-Teilen.“

Es geht auch besser

Die gängigste Wiederverwertung von gebrauchtem SLS-Pulver ist bislang eine Überführung in eine Spritzgießanwendung bei der beispielsweise Gartenmöbel hergestellt werden. Jammerschade eigentlich. Denn teures SLS-Pulver könnte so viel mehr. Davon ist jedenfalls Dr. Sören Griessbach überzeugt. Er ist Geschäftsführer der GS-Pro GmbH aus Chemnitz, die sich mit der Veredelung von gebrauchtem SLS-Pulver beschäftigt. „SLS-Pulver wird mit hohem Energie- und Kostenaufwand hergestellt. Es ist ein Hightech-Produkt und muss für die Verwendung in AM-Maschinen enge Anforderungen erfüllen. Dieses Pulver zu entsorgen, ist meiner Ansicht nach in etwa so, als würde man einen Porsche verschrotten, nur weil der Tank leer ist“, scherzt der Physiker und Werkstofftechniker, der sich mit seinem Unternehmen der Nachhaltigkeit im Lasersinterprozess verschrieben hat. Neben der Aufbereitung von gebrauchtem SLS-Pulver beschäftigt er sich auch mit dem Einfärben von Pulver, um so vollständig farbige und damit kratzunempfindliche Bauteile erzeugen zu können, bis hin zur zerstörungsfreien Materialprüfung an fertigen Bauteilen. So hat Griessbach auch maßgeblich an der Entwicklung der DIN SPEC 17028 mitgewirkt, um die Herstellung besserer AM-Bauteile zu gewährleisten und dafür sogar den DIN-Innovatorenpreis 2021 erhalten.

Bauteile aus von GS-Pro aufbereitetem PA12 weisen meist bessere mechanische Eigenschaften auf als Teile aus Neupulver.

Bauteile aus von GS-Pro aufbereitetem PA12 weisen meist bessere mechanische Eigenschaften auf als Teile aus Neupulver.

Dr. Sören Griessbach
Geschäftsführer der GS-Pro GmbH

„Ein verantwortungsvoller Umgang mit Ressourcen ist in der heutigen Zeit besonders wichtig. Wir sorgen dafür, dass Altpulver nicht weggeworfen werden muss, sondern in eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft überführt wird.“

Klarer Kostenvorteil

Dass die Aufbereitung von gebrauchtem SLS-Pulver nicht einfach nur ein richtiger Schritt in einen ökologischeren Umgang mit Ressourcen darstellt, zeigt eindrücklich das Beispiel der KTM Technologies GmbH in Anif bei Salzburg. Die Hightech-Schmiede, die neben der hausinternen Technologieentwicklung für KTM auch Dienstleistungen für externe Kunden erbringt, nutzt die Additive Fertigung intensiv bei der Erstellung sowohl von Prototypen als auch von Serienbauteilen. „Wir nutzen additive Technologien sehr intensiv, weil sie uns die Möglichkeit geben, Designprozesse abzukürzen und zusätzlich in der Serie Bauteile zu erzeugen, die von der Designfreiheit der Additiven Fertigung profitieren. Uns war die buchstäbliche Materialverschwendung durch anfallendes Restpulver schon lange ein Dorn im Auge. Wir versuchen in unserem Unternehmen ganz bewusst mit Ressourcen umzugehen, weil wir der Meinung sind, dass sich jedes Unternehmen seiner Verantwortung gegenüber der Umwelt stellen muss“, erklärt Florian Fischer, Projektleiter und Lead Engineer, Additive Manufacturing bei der KTM Technologies GmbH. Hinzu kommt der enorme wirtschaftliche Vorteil, wenn gebrauchtes Pulver weiterverwendet werden kann. Griessbach rechnet vor: „Das Material muss beim SLS-Prozess derzeit mit 30 bis zu 50 % aufgefrischt werden. Kein oder ein Auffrischen mit zu wenig Neumaterial führt häufig zu inakzeptablen Oberflächen. Bei einem durchschnittlichen Baujob sind 6 bis 8 % des Gesamtvolumens Bauteile. Bei den oben aufgeführten Auffrischraten bedeutet das, dass 25 bis 40 % des eingesetzten Materials als Abfall aussortiert werden muss. Eine Maschine mittlerer Größe verbraucht pro Stunde ca. 1 kg, daraus resultiert, dass 0,25 bis 0,4 kg Abfall pro Stunde entstehen. Produktionsanlagen sind ca. 5.000 h/Jahr im Einsatz, so dass etwa 1,3 bis 2 t Abfall pro Jahr und Maschine entstehen. Rechnet man dies um, ergibt sich ein Kosteneinsparpotenzial von 60.000 bis 120.000 Euro/Jahr und Maschine.“

Durch die Pulveraufbereitung gelingt im SLS eine komplette Kreislaufwirtschaft ohne Verlust von wertvollem Pulvermaterial.

Durch die Pulveraufbereitung gelingt im SLS eine komplette Kreislaufwirtschaft ohne Verlust von wertvollem Pulvermaterial.

Eingefärbtes Pulvermaterial ermöglicht die Herstellung von durchgefärbten SLS-Bauteilen. Links: im Färbebad eingefärbt und danach zerspanend bearbeitet, mitte: zerspanend bearbeitet und danach im Färbebad gefärbt, rechts: mit eingefärbtem Pulver hergestellt und danach spanend bearbeitet.

Eingefärbtes Pulvermaterial ermöglicht die Herstellung von durchgefärbten SLS-Bauteilen. Links: im Färbebad eingefärbt und danach zerspanend bearbeitet, mitte: zerspanend bearbeitet und danach im Färbebad gefärbt, rechts: mit eingefärbtem Pulver hergestellt und danach spanend bearbeitet.

Infos zum Anwender

Die KTM Technologies GmbH mit Sitz in Anif bei Salzburg ist als Teil der Pierer Mobility AG Dienstleister für Technologieentwicklung, Auslegung, Prozess- und Bauteilentwicklung für die Unternehmen der Gruppe, aber auch externe Kunden bekannt. Die Aufgabenfelder des 40 Mitarbeiter großen Teams unterteilen sich in die Bereiche Konzept und Engineering, Elektrik, Elektronik und Software, Simulation sowie Technologie und Forschung.

Zusatznutzen Qualitätsverbesserung

Besonders beim Einsatz von gefüllten Materialien oder auch PA11 können verminderte Auffrischraten schnell zu schlechten Teilen führen. Teilweise müssen bei solchen Materialien bis zu 94 % des eingesetzten Pulvers nach dem Einsatz verworfen werden. Dies führt zu einem enormen Verlust von Polymerpulver wie beispielsweise beim Alumide. Rechenwerte, die von Fischer bestätigt werden: „Durch die hauptsächliche Produktion von Prototypenteilen für die Anwendung im Zweiradbereich, haben wir sehr viele Verkleidungsteile in unseren Baujobs. Trotz sorgfältigster Planung und Einbezug aller internen Kunden, liegt unsere durchschnittliche Packungsdichte etwas über 5 %. Somit wäre unsere nicht weiterzuverwendende Altpulvermenge pro Jahr enorm. Im Weiteren muss definitiv berücksichtigt werden, dass mit dem durch GS-Pro aufbereiteten Pulver die erreichten mechanischen Eigenschaften der Bauteile besser sind als mit Neupulver. Das hat uns schon erstaunt. Für uns speziell im Bereich von Fahrzeugtests im On- und Offroad-Bereich natürlich ein unglaublicher Vorteil“, bestätigt Fischer und ergänzt: „Es wird in diesem Zusammenhang ja gerne von Recycling gesprochen. Das trifft es aber eigentlich nicht. De facto haben wir es in Wahrheit mit einem Upcycling zu tun.“

Die Materialkennwerte des aufbereiteten Pulvers sind beeindruckend und übertreffen die Werte von Neupulver.

Die Materialkennwerte des aufbereiteten Pulvers sind beeindruckend und übertreffen die Werte von Neupulver.

Das aufbereitete SLS-Pulver ist bereits für zahlreiche Maschinentypen überprüft und im Einsatz.

Das aufbereitete SLS-Pulver ist bereits für zahlreiche Maschinentypen überprüft und im Einsatz.

Bessere Materialien bei weniger Abfall

GS-Pro unterstützt die Materialaufbereitung bereits für zahlreiche SLS-Anlagen und unterschiedliche Materialien auf Polyamidbasis. Neben einer reinen Aufbereitung des Pulvers arbeitet man in Chemnitz auch an Lösungen, SLS-Pulver einzufärben, um vollfarbige Bauteile realisieren zu können. Ebenso können Kunden SLS-Pulver ganz nach ihren Anforderungen bekommen. Dies kann durch Füllstoffe erfolgen, um ganz bestimmte mechanische oder thermische Eigenschaften des fertigen Bauteils einzustellen, oder aber die Verbesserung des Werkstoffes durch entsprechende Werkstoffmodifikation.

„Unser Bestreben ist es, im SLS-Prozess eine nachhaltige Materialwirtschaft zu ermöglichen und dafür zu sorgen, dass materialseitig alle Voraussetzungen geschaffen werden, um eine zuverlässig hohe Bauteilqualität zu erzielen. Wir haben einen geeigneten Weg gefunden, um einen geschlossenen Materialkreislauf zu entwickeln und die Prozessparameter so zu optimieren, dass das Lasersintern ähnlich verlässlich wie das CNC-Fräsen als Fertigungsmethode genutzt werden kann“, fasst Griessbach seine Unternehmensziele zusammen und Fischer bestätigt abschließend: „Durch die Materialaufbereitung von GS-Pro können wir im SLS-Bereich nicht nur nachhaltiger wirtschaften, sondern erzielen auch klare Einsparungen im Hinblick auf die Materialkosten bei SLS-Teilen. Das gute Gefühl, kein wertvolles Material mehr zu verschwenden, ist noch das Zuckerl obendrauf.“

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