39 H. Zeidler u. a.: Reststoff-Upcycling durch additive Fertigung holztechnologie 61 (2020) 3 © IHD, Dresden Einleitung Innovative Werkstoffe und neue Technologien in der Fertigung können einen substantiellen Beitrag zur Ressourcenschonung leisten. Durch die Anpassung von Prozessen der additiven Fertigung zur Nutzung nachwachsender Rohstoffe ist dies möglich, ohne auf gestalterische Vielseitigkeit, Eigenschafts- breite oder Wirtschaftlichkeit bei technischen Produkten und Prozessen zu verzichten. Additive Fertigungsverfahren (engl. Additive Manufacturing, abgekürzt AM) arbeiten „materi- alhinzufügend“, d. h. „die Bauteile entstehen schichtweise durch Hinzufügen von Ausgangsmaterial oder durch Phasen- übergang eines Materials vom füssigen oder pulverförmigen in den festen Zustand“ (VDI3405, 2014). Dadurch unterschei- den sie sich von subtraktiven Fertigungsverfahren (Entfernen defnierter Bereiche aus Halbzeugen, z. B. durch Zerspanung) und von formativen Fertigungsverfahren (Umformen unter Beibehaltung des Volumens, wie etwa beim Schmieden). Es wurden bereits Forschungsarbeiten zur Herstellung biologisch abbaubarer und biokompatibler Materialien durchgeführt, die in der additiven Fertigung FFF- (Fused Filament Fabrication, ein Materialextrusionsprozess) und BJ-Technologien (Bin- der Jetting, ein Pulver-Binder-Druckprozess) verwenden; im Hinblick auf die Zielstellung der Kreislaufwirtschaft ist aber besonders auch die Nutzung von Reststoffen aus anderen Pro- zessketten in der additiven Fertigung von Interesse. Für die FFF-Technologie wird häufg PLA (Polymilchsäure) als Grundmaterial für die Herstellung von Filamenten verwen- det, dem unterschiedliche Mengen verschiedener Füllstoffe zugesetzt werden, um neue mechanische oder visuelle Ei- genschaften zu erhalten oder den Aspekt der Nachhaltigkeit usw. zu erhöhen (Liu et al., 2019; Zeidler et al., 2018). Die Hauptmotivation unserer Untersuchung besteht darin, die als Reststoffe anfallenden biobasierten Materialien wie z. B. Pfr- sichkern, Haselnussschale, Alge etc. zu nutzen. Bisher werden die Pfrsichkerne bei der Lebensmittelverarbeitung nach dem Entfernen aus den Früchten entsorgt, ebenso die Haselnuss- schalen. Zielstellung ist weiterhin eine Nutzung als Füllmate- rial im FFF einerseits und als Basismaterial im BJ andererseits. In der BJ-Technologie ist der Prozentsatz an Basis- / Füllmate- rial weitaus größer (mehr als 80 %) als in der FFF-Technologie (weniger als 40 %), aber die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Teile unterscheiden sich stark; so sind z. B. die Festigkeitswerte weitaus geringer, aber die Dämpfung deut- lich höher. Es werden daher verschiedene Anwendungsberei- che adressiert. Obwohl PLA in der Tat biologisch abbaubar und biokompati- bel ist, kann es noch sehr lange dauern, bis es abgebaut ist, von sechs Monaten bis zwei Jahren (Tokiwa und Calabia, 2006). Dies ist im Vergleich zur Zersetzungsrate der gewöhnlichen Pfirsichkerne können sowohl in BJ- als auch in FFF-Technologien als Material für die additive Fertigung verwendet werden. Das Material ist temperaturempfindlicher und brennanfälliger als reine PLA/PVA Filamente, was bei Verwendung der FFF-Technologie berücksichtigt werden sollte. Mit BJ-Technologie hergestellte Teile sind robust genug, um gehandhabt zu werden, und sind unter Belastung leicht flexibel. Die Herstellung von Teilen unter Verwendung der Kombination von PVA und Pfirsichkernpulver ist daher möglich und bietet den Vorteil, dass Bauteile am Ende ihrer Nutzungsdauer schnell im Wasser gelöst werden. Dieses Material könnte zur Herstellung biologisch abbaubarer Produkte verwendet werden und zu einem Kreislaufwirtschaftsparadigma beitragen. Weitere Arbeiten müssen durchgeführt werden, um die Methoden der Pulverherstellung zu verbessern, die sich als anspruchsvoll erwiesen haben. Die Materialeigenschaften sollten unter Verwendung von Standardtestmethoden weiter untersucht werden. Zusätzlich müssen optimale Parameter für die Herstellung mit beiden Technologien ermittelt werden. Schlüsselwörter: Additive Fertigung, nachwachsende Rohstoffe, Reststoffe, 3D-Printing, Binder Jetting, FFF Reststoff-Upcycling durch additive Fertigung Henning Zeidler, Joško Valentincic, Marko Jerman, Lisa Kühnel, Magdalena Müller ˇ ˇ