Filamente aus PET und anderen Abfallkunststoffen: U.S. Army recycelt Plastikflaschen für 3D-Druck und möchte so Versorgungsengpässe verhindern

Oftmals warten Soldaten an abgelegenen Stützpunkten oder auf dem Schlachtfeld wochenlang auf Ersatzteile, wenn mal ein wichtiges Gerät streikt. Jetzt hat ein Forscherteam des U.S. Marinecorps und des U.S. Army Research Laboratory einen Weg gefunden, diese notwendigen Ersatzteile unter Verwendung von Abfallkunststoffen wie Pappe, Wasserflaschen und anderen wiederverwertbaren Materialien aus PET innerhalb von Stunden mit einem 3D-Drucker direkt vor Ort herzustellen.

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Logo US-ArmyDas U.S. Militär hat im Laufe der Jahre den 3D-Druck in verschiedenen Bereichen eingeführt. Die U.S. Army stellt damit zum Beispiel neuartige Panzer her. Jetzt planen die Ingenieure der U.S. Army zusammen mit den U.S. Marines die logistische Lieferkette von notwendigen Materialien zu reduzieren, sowie die Erzeugung notwendiger Teile vor Ort mit einem 3D-Drucker.

Lieferkette verkürzen durch additive Fertigung vor Ort

Additive Fertigungstechnologien bieten ein umfangreiches Anwendungspotenzial, angefangen bei temporären Teilen und Vorserienmodellen bis hin zu Flugzeugbauteilen und medizinischen Implantaten. Die Versorgung von Kampftruppen mit Reparaturteilen, Munition, Treibstoff und Nahrungsmittel ist eine gewaltige Aufgabe, die Unterstützung von vielen Seiten erfordert. Laut dem U.S. Government Accountability Office hat das US-Verteidigungsministerium insgesamt fünf Millionen Artikel, die über acht unterschiedliche Lieferketten aufgeteilt werden, aber nur wenige dieser Güter sind an vorderster Front gelagert, sodass es zu gelegentlichem Mangel von notwendigen Materialien kommt. Am Ende dauert es Tage oder auch Wochen, bis diese am Einsatzort ankommen.

Nicole Zander und Capt. Anthony Molnar
Forscher des U.S. Marinecorps und der U.S. Army arbeiten an einer Methode, PET-Flaschen und andere Abfallkunststoffe für den 3D-Druck zu nutzen (Bild © U.S. Army photo by Jhi Scott).

Die Forschungen der Wissenschaftlerin Dr. Nicole Zander und Capt. Anthony Molnar brachten Filamente aus recycelbarem PET hervor, das aus Flaschen und Kunststoffen oder Polyethylenterephthalat, ohne chemische Zusätze oder Modifikationen gewonnen wurde. Kunststoffe aus PET sind gängige Abfallstoffe in der Umgebung einer Basis. PET wird zwar gerne verwendet, ist aber aufgrund der Probleme mit der Kristallinität, der hohen Wasserabsorption und der Schmelztemperatur nicht für den FFF-3D-Druck als Ausgangsmaterial geeignet.Forscher nutzten ein Verfahren (Solid State Shear Pulverization), um Verbund-Polypropene / Zellulose-Filamente zu erzeugen. Zerkleinertes Plastik, Papier, Karton oder Holzmehl wird dabei in einem Doppelschneckenextruder zerrieben. Es entsteht ein feines Pulver, das zu 3D-Druckfilamenten schmelzverarbeitet wird.

PET-Filamente sind flexibel und stark

Das Forscherteam führte an Filamenten aus PET-Kunststoffen mechanische Tests durch und kam zum Ergebnis, dass recycelte PET-Filamente so flexibel und stark wie herkömmliche 3D-Druckfilamente sind. In einem Test wurde für die Herstellung einer Autoradiohalterung recyceltes PET-Filament verwendet. Der Prozess dauerte etwa zwei Stunden und erforderte etwa zehn Wasserflaschen. Bei den meisten Polymeren, die für den FFF-3D-Druck verwendet werden, liegt die Volumenfestigkeit hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften zwischen 30 und 100 MPa. Mit einer Festigkeit von 70 MPa ist PET somit als 3D-Druckmaterial ideal.

Reparaturen vor Ort ermöglichen

Laut einem Artikel auf der Webseite der U.S. Army wollen die Forscher die Bereitschaft und die Fähigkeit der Kampfjets verbessern, indem sie mit dem 3D-Druck von Ersatzteilen am Einsatzort Reparaturen während des Einsatzes ermöglichen. Dadurch wird auch die Abhängigkeit der logistischen Lieferkette reduziert. Das Team arbeitet an einem mobilen Recyclingtrailer, der Soldaten die Möglichkeit geben soll, Kunststoffe in Rohstoffe für 3D-Drucker umzuwandeln. Außerdem wurde die Möglichkeit erforscht, Kunstoffpelletmaterialien anstelle von Filamenten zu drucken, was letztlich zu größeren 3D-gedruckten Komponenten führt.Um auch zukünftig auf dem Laufenden zu bleiben, können Sie hier ganz einfach unseren Newsletter abonnieren.

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