Additive Fertigung: Welchen Stellenwert nimmt das Thema Nachhaltigkeit ein?

Im Rahmen der viertägigen internationalen Fachmesse für die additive Fertigung, der Formnext 2021,  wurden neue bzw. optimierte Maschinen, innovative Materialien, Softwarepakete sowie Nachbearbeitungslösungen und Applikationen vorgestellt. Dabei hat sich vor allem in den letzten Jahren für viele Hersteller aber insbesondere auch für die Anwender herauskristallisiert, welche Technologien und Materialien den Markt auch in Zukunft beherrschen werden. Anstelle von zahlreichen neuen Innovationen, rückt jetzt die Produktoptimierung bzw. die Bündelung der einzelnen Kräfte entlang der Supply Chain in den Mittelpunkt. Neben dem Ziel die Maschinen für die Serienfertigung zu optimieren und die Produktionsprozesse mit Blick auf die Industrie 4.0 zu automatisieren, fließt auch der Aspekt der Nachhaltigkeit als Hauptaugenmerk in die Weiterentwicklung der additiven Fertigung mit ein. Aber welche Anforderungen stellt der Markt konkret an die Unternehmen? Und wie stellen sich diese der gegenwärtigen und zukünftigen Herausforderung? Wir waren auf der Formnext unterwegs und konnten mit einigen Ausstellern darüber sprechen und mehr über die Bestrebungen der Akteure in Erfahrung bringen. 

Die additive Fertigung stellt als Verfahren an sich bereits eine nachhaltige Art und Weise der Produktion dar. Dies zeigt sich insbesondere an der Tatsache, dass mit dem 3D-Druck der Einsatz von überschüssigem Material und somit unnötigen Abfall quasi von Anfang an eliminiert wird. Auch die Möglichkeit das generative Design als Konstruktionsmethode zu nutzen spielt in puncto Bauteiloptimierung eine wichtige Rolle und stellt einen der Hauptvorteile des 3D-Drucks im Vergleich zu traditionellen Fertigungsmethoden dar. Zudem gelingt mit einem 3D-Drucker die Fertigung on-demand. Das spart nicht nur Zeit, sondern sorgt auch dafür, dass lange Transportwege und Lagerflächen überflüssig werden und folglich der CO2 Fußabdruck reduziert wird. 

Dank generativem Design können Bauteile optimiert und Material effizient eingesetzt werden. (Bild: NuVasive)

Natürlich hat jedoch auch der 3D-Druck Auswirkungen auf die Umwelt. Das deutsche Umweltbundesamt hat einen Trendbericht zur Abschätzung der Umweltauswirkungen des 3D-Drucks veröffentlicht, in welchem die direkten und indirekten Auswirkungen untersucht werden. Im Bericht wird insbesondere auf den hohen Energiebedarf sowie die entstehenden Schadstoffe im Innenraum hingewiesen. Auch der Abbau von Rohstoffen für den Materialbedarf wirkt sich auf die Umwelt aus. Das Umweltbundesamt sieht hier jedoch Potenzial bei der Umsetzung von neuen Recyclingkonzepten. So könnten gedruckte Teile im weiteren Verlauf beispielsweise als Filament wiederverwertet werden. 

AMGTA will Bewusstsein für die Vorteile des additiven Fertigungsprozess schärfen

Mit der Gründung der Non Profit Organisation AMGTA (Additive Manufacturing Green Trade Association) im Jahr 2019 wollen Akteure der additiven Fertigung ein Statement im Zeichen der Nachhaltigkeit setzen. Es soll das Bewusstsein der Industrie sowie der Öffentlichkeit für den 3D-Druck als nachhaltige Alternative zu konventionellen Fertigungsmethoden geschärft werden. Inzwischen zählt die NPO 35 Unternehmen aus 11 Ländern zu seinen Mitgliedern, wobei Stratasys und ExOne zu den Gründungsmitgliedern gehören. Auch auf der Formnext haben Mitglieder der AMGTA in Podiumsdiskussionen über die zukünftigen Bestrebungen der Branche gesprochen und erklärt, worauf es jetzt ankommt. Die Kernaussagen sind die folgenden: wenn sich die additive Fertigung als nachhaltige Fertigungsmethode etablieren will, dann sind Versprechen nicht ausreichend. Die gesamte Industrie muss jetzt Zahlen für sich sprechen lassen. Daher solle insbesondere der Lebenszyklusanalyse (engl.: Life-cycle Assessment / LCA) auch bekannt als Ökobilanz Aufmerksamkeit geschenkt werden. Denn nur wenn die Umweltwirkungen entlang der gesamten additiven Wertschöpfungskette datentechnisch erfasst werden, können Schwachstellen identifiziert werden. Die Erfassung dieser Daten sei notwendig, um die additive Fertigung mit anderen (traditionellen) Verfahren in puncto Nachhaltigkeit vergleichbar machen zu können. Denn nur wenn ein ökologisches Gesamtbild verfügbar ist, sei es möglich eine wahrheitsgetreue Bilanz zu ziehen. Heute vergleichen viele Studien zwar wichtige Aspekte wie den Energie- und Materialverbrauch, vernachlässigen dabei jedoch die Tatsache, dass beim Einsatz des 3D-Drucks gewisse CO2 Ausstöße, die beispielsweise durch lange  Transportwege entstehen, gar nicht erst anfallen. 

Sherry Handel, Geschäftsführerin der AMGTA hält fest: “Unsere Mission startet nun ins dritte Jahr und wir verfügen inzwischen über ein solides Fundament, auf dem wir aufbauen können. Im Jahr 2023 und darüber hinaus wollen wir weiterhin in strategisch rigorose Forschungsprojekte zur Nachhaltigkeit in der additiven Fertigung investieren und mit den Mitgliedern gemeinsam die AMGTA zum Schlüssel für die Branche werden lassen, indem wir uns für die Förderung der Nachhaltigkeit in der AM-Industrie einsetzen.“

Nachhaltigkeit im Fokus der Formnext

Auch auf der Formnext stellen wir fest, dass das Thema Nachhaltigkeit von vielen Ausstellern in den Fokus gerückt wird, was unter anderen an der Präsentation des Messestands ersichtlich wird. So begegnen wir dem Keyword “sustainable” häufig bei unserer Tour durch die Gänge: sei es die Green Wall bei Stratasys, die neue Markenidentität von Arkema oder zielgerichtete Aussagen auf Bannern und Broschüren. Nachgefragt bei den Ausstellern, stellen wir zudem fest, dass diese neben eigenen Bestrebungen auch zunehmend mit anderen Unternehmen aus der Branche kooperieren, um die Umweltauswirkungen der Technologie entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu reduzieren.

Bild: 3Dnatives

Dazu zählen beispielsweise die Entwicklung von innovativen Materialien mit einer höheren Wiederverwertbarkeitsrate, die Kompatibilität dieser mit den Geräten der Hersteller, die Optimierung der Geräte hinsichtlich ihres Energieverbrauchs und die Schaffung der notwendigen Infrastruktur für Recyclingkonzepte. Es wird von den Unternehmen jedoch auch betont, dass die additive Fertigung als Industrie mit einem globalen Versagen konfrontiert ist. Da viele der Hersteller einen internationalen Markt bedienen und sowohl im europäischen Raum als auch in Übersee eine gemeinwirtschaftliche Infrastruktur beispielsweise für eine funktionierende Abfallwirtschaft fehle. Wir kommen daher zu dem Fazit, dass der Wille zur Verbesserung der Ökobilanz von Seiten der Hersteller vorhanden ist. Jetzt geht es darum diese Kräfte zu vereinen, um zu beweisen, dass die additive Fertigung andere Verfahren auch in puncto Nachhaltigkeit einen Schritt voraus ist. 

Das sagen die Unternehmen selbst

“Wir haben in diesem Jahr einen neuen Produktionsstrang für Polyamid 12 in Betrieb genommen, auch für PA12 Pulver. In diesem Produktionsstrang haben wir vom ersten Schritt versucht die gesamte Produktion effizienter zu gestalten. Dazu zählt ein geringerer Wasserverbrauch, ein effizienterer Energieverbrauch und weniger Rohmaterialeinsatz bei gleichem oder noch besserem Output. Durch diese Überholung der Produktionsanlage ist es uns möglich, den jährlichen CO2 Fußabdruck um 15.000 Tonnen zu reduzieren.” Janusz Berger, Head of Market Communications bei Evonik

“Bei EOS haben wir eine ganzheitliche Strategie für eine verantwortungsvolle Produktion hinsichtlich der Nachhaltigkeit entwickelt. Diese konzentriert sich auf die Reduzierung der CO2 Ausstöße, die Eliminierung von Abfall in der AM-Produktion sowie umweltfreundliche Produkte und Dienstleistungen. Unser Hauptziel heute ist es, Transparenz zu schaffen. Dafür müssen auch Daten gesammelt werden, um festzustellen wo im AM-Lebenszyklus die Schwachstellen und wo die Stärken liegen.“ Björn Hannappel, Leiter der Abteilung Nachhaltigkeit bei EOS

“Die Analyse von Bauteilen als Bestandteil des LCA wird bei uns immer wichtiger. Dieser widmen wir uns auch als Teil des EU-Projekts “Clean Sky”. Auch durch neue Materialien und neue Verfahrensweisen versuchen wir beispielsweise das Energiethema aufzugreifen, dazu zählt beispielsweise die Untersuchung von Wasserstoff als Ressource in der Herstellung sowie für diese kompatible Geometrien und Materialien zu finden.” Andreas Vogelpoth Fraunhofer ILT

„Wir brauchen Zahlen, denn wir wollen hier kein Greenwashing betreiben. Aber am wichtigsten ist, dass wir jetzt handeln müssen.“ Rosa Coblens, VP Sustainability Public Relations & Global Internal Communications bei Stratasys

„Auch immer mehr Mitarbeiter machen sich Gedanken zum Thema Nachhaltigkeit. Einige Bewerber fragen mich in Vorstellungsgesprächen, wie unsere Firmenpolitik und Strategie zu diesem Thema aussieht.“ Eric Bono, VP Vertrieb & Entwicklung bei 6K Additive

“Wir beschäftigen uns unglaublich viel mit der Kreislaufwirtschaft. Das heißt, was können wir machen, damit die Kunststoffe anschließend einfacher getrennt und besser recycelt werden können. Generell übt der 3D-Druck jedoch einen großen Einfluss auf die Nachhaltigkeitsstrategien der herstellenden Unternehmen. Von Leichtbau über die Materialersparnis, bis hin zur Verkürzung der Logistikwege. In all diesen Bereichen schafft der 3D-Druck einen erheblichen Mehrwert.” Sascha Petereit, Sales Manager AM bei ARBURG

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