Nachhaltige Fertigung mit Pulvertechnik

Rohstoffknappheit und steigende Umweltbelastungen stellen die heutige Welt vor große Herausforderungen. Umso wichtiger ist die nachhaltige, ressourcenschonende Fertigung von Produkten. Dabei muss der gesamte Produktlebenszyklus betrachtet werden: Vom Design über die Fertigung und Logistik bis zum Recycling. Die Pulvertechnik bietet hier die besten Voraussetzungen. Mit ihr lassen sich Material- und Energieverbräuche deutlich verringern und Rohstoffe leicht recyceln. Das Fraunhofer IFAM beschäftigt sich seit vielen Jahren mit verschiedensten Verfahren der Pulvertechnologie. 

Die Pulvertechnologie hilft Ressourcen zu schonen und Energie zu sparen

Im Hinblick auf die global beschlossenen Klima- und Nachhaltigkeitsziele wird die Forderung nach nachhaltiger Fertigung immer größer. Nachhaltig zu fertigen bedeutet, Produkte mit wirtschaftlich sinnvollen Verfahren herzustellen, die negativen Folgen auf die Umwelt zu minimieren und gleichzeitig Energie und natürliche Ressourcen zu schonen. Daher liegt auch in der Forschung und Entwicklung der Fokus aktuell stark auf dem Thema Nachhaltigkeit: Die Erforschung alternativer Materialien und deren Wiederverwendbarkeit oder die Entwicklung neuer Softwarepakete zur Simulation von Prozessen sind nur zwei Beispiele dafür. Die Pulvertechnik bietet hingegen schon jetzt viele Voraussetzungen für eine nachhaltige Fertigung von Produkten:

Ressourceneffizienz in der Produktion

Beim Einsatz pulvertechnischer Verfahren wie dem 3D-Druck gibt es nur geringe Materialabfälle, was gleichzeitig zu einer dementsprechend hohen Ausnutzung bzw. Umsetzung der Materialien von der Pulverform ins Bauteil führt. Aber auch eher traditionelle Verfahren wie das Pulverspritzgießen oder die Extrusion ermöglichen die direkte Wiederverwertung von Ausschussteilen nach der Formgebung, so dass kaum Materialreste anfallen. Wie sich das direkte Einspeisen von bereits verarbeitetem Material spezifisch auf die Prozesse und Produkte auswirkt, ist ein Aspekt, den wir dabei beleuchten.
Zudem entwickeln und bewerten wir neue Werkstoffe und deren Formgebung, um beispielsweise Komponenten für die Energietechnik zu erzeugen. Magnetokalorische Werkstoffe sind in diesem Zusammenhang zu nennen, da sie neue Konzepte des Wärmemanagements ermöglichen, ohne Kompressortechnologie und damit oftmals umweltschädliche Fluide zu nutzen.

Materialrecycling von Metallen und Magneten für die  Pulverherstellung

Als Rohstoffe für Pulver können recycelte Materialien, beispielsweise Rücklaufkomponenten aus Fahrzeugen oder alte Magnete genutzt werden. Ein Trend, der im Zuge der Rohstoffverknappung und den teilweise erschreckenden Zuständen bei der Rohstoffgewinnung unbedingt verstärkt werden muss. Zudem können so auch Abhängigkeiten von lokalen Rohstoffquellen gemindert werden. Dass Materialien aus Recyclingströmen ggf. veränderte Eigenschaften gegenüber Primärwerkstoffen aufweisen können, ist ein wichtiger Punkt, den wir bei der Verarbeitung beachten, um die Qualitätsanforderungen an Produkte sicher erfüllen zu können.

Additive Fertigung mit Metallpulvern für Produktion on demand 

Flexible Produktionsprozesse ermöglichen es immer mehr, Bedarfsgüter vor Ort oder näher am Einsatzort herzustellen und so unter anderem globale Transporte und die damit verbundenen Umweltschädigungen zu verringern. So kommt der additiven Fertigung (3D-Drucken) eine zunehmend wichtige Rolle zu, um eben dies zu ermöglichen. Ein tiefgehendes Verständnis der Prozesse selbst, sowie der Einflussfaktoren auf die Robustheit der Prozesse sind daher im Fokus der Abteilung Pulvertechnologie.

Digitalisierte Prozesse für eine effiziente Fertigung und höhere Bauteilqualität

Durch stetig steigendes Wissen um die Zusammenhänge innerhalb der Fertigungsprozesse und den Einsatz moderner Digitalisierungsansätze werden Prozesse immer effizienter und führen zur Verringerung von Ausschuss, wodurch Energie und Materialien besser genutzt werden. Daher liegt ein Schwerpunkt der Pulvertechnik in den kommenden Jahren zum einen auf der Prozessdigitalisierung selbst, zum anderen aber auch auf der Einbindung neuer analytischer Methoden, um mehr relevante Daten zu erzeugen, die es erlauben, belastbare Zusammenhänge zwischen Prozessdaten und Bauteilqualitäten herzustellen.

Materialsimulation und Simulation von Prozessen in der Pulvertechnik

Die Entwicklung neuer und immer besserer Simulationstools ermöglicht bereits vor Prozessbeginn, aber auch prozessbegleitend Möglichkeiten, Prozesse gezielt zu optimieren. Mit Hilfe der Tools lassen sich neue Materialien, der Einfluss von Umweltfaktoren oder die Verhaltensweise eines Produkts zunächst in der virtuellen Welt testen. Im Bereich der Pulvertechnik lassen sich z.B. Formfüllsimulationen für MIM bzw. PIM-Materialien oder zukünftig auch Sintersimulationen realisieren.