Forscher zweier kanadischer Universitäten haben nach einem Weg gesucht aus den ausgedienten Turbinenblättern von Windkraftwerken 3D-Drucker-Material herzustellen. Dafür zerkleinerten sie das Material in feines Faserpulver und fügten dem recycelten Stoff PLA-Material hinzu. Das Ergebnis waren deutlich robustere 3D-gedruckte Objekte als mit anderen 3D-Druck-Materialien.

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Forscher der kanadischen McGill University und der Ryerson University haben Wege untersucht, ausgediente Turbinenblätter von Windkraftwerken wiederzuverwenden. Turbinenschaufeln sind mit anorganischen Inhaltsstoffen gefüllt. Wenn diese entsorgt werden, landen diese auf Deponien oder werden verbrannt. Dabei setzen sich schädliche Gase frei. Um eine umweltfreundliche Lösung für den 3D-Druck von Windturbinenblattformen aus biobasierten Materialien zu entwickeln, erhielt die University of Maine jetzt 2,4 Mio. US-Dollar.

Ihre kanadischen Kollegen nutzten mechanisches Mahlen und die Pyrolyse, um aus traditionell hergestellten Windturbinenblättern feinstes Faserpulver herzustellen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Arbeit „Experimental and analytical investigation of 3D printed specimens reinforced by different forms of recyclates from wind turbine waste“, die im Fachjournal Polymer Composites nachzulesen ist.

Details zum 3D-Druck-Material aus ausgedienten Windturbinenblättern

In das Faserpulver wurde PLA-Material integriert, wodurch ein robusteres PLA-3D-Druck-Material entstand. Das neue Material war nicht nur fester und steifer als reines Fiberglas, damit ließen sich auch äußerst robuste, faserverstärkte 3D-gedruckte Teile herstellen. PLA gilt als biokompatibel und somit biologisch abbaubar (mehr Infos dazu hier).

Das Team sagte:

„Wir schlagen ein Verfahren vor, um recycelte Glasfasern aus ausgedienten Windturbinenblättern in reine thermoplastische FDM-Materialien einzuarbeiten. Unser Recyclingsystem wird voraussichtlich eine große Menge an Turbinenschaufelabfällen wiederverwenden, was zu einer erheblichen Reduzierung der Deponierung gefährlicher und schädlicher Schaufelmaterialien führt.“

Grafik zur Verschwendung von Turbinenabfall
Die Wiederverwertung ausgedienter Turbinen soll Turbinenabfall reduzieren (im Bild: grafische Darstellung zunehmender Abfallentstehung aus Turbinen)(Bild © Polymer Composites).

Aufgrund ihres hohen Festig- und Steifigkeits-Gewichts-Verhältnisses ist Verbundmaterial ideal für den Einsatz in der Luft– und Raumfahrt, bei Militär– und Automobilteilen mit geringem CO2-Fußabdruck. Glasfasern werden im Windenergiesektor oft zur Verstärkung der Turbinenschaufeln auf Verbundbasis verwendet.

Welches Material ist das Beste?

Der beste Weg, das 3D-Druck-Material aus recycelten Turbinenteilen zu optimieren, ist die Integration von PLA-Filamenten. Damit kann es theoretisch mit jedem handelsüblichen FDM-3D-Drucker verwendet werden. Die Forscher testeten ihre Hypothese, indem sie Abschnitte eines größeren Turbinenblattes in feines Pulver zerkleinerten. Die Klingenteilchen wurden gesiebt und mit geschmolzenen PLA-Pellets in Konzentrationen von 5–10% vermischt und zweimal extrudiert. Es entstand ein Filament mit einem Durchmesser von 1,75 mm. Mit einem Prusa i3Mk2S-System druckten sie anschließend zehn Muster in 3D aus diesem Filament, aus pyrolysierten Fasern und aus konventionellem PLA.

Recyceltes Material 3D-gedruckt unter dem Mikroskop
Die Testkörper unter dem Mikroskop (Bild © Polymer Composites).

Es zeigte sich, dass das neue Material eine höhere Zugfestigkeit aufweist als das pyrolysierte. Bei der Steifigkeit war das Gegenteil der Fall. Die 10% verstärkten Proben wiesen eine drastisch reduzierte Duktilität und Festigkeit auf. Aufgrund der kurzen Faserlänge zeigten die Proben eine hohe Zerbrechlichkeit. Längere Fasern könnten laut den Forschern die Zugeigenschaften von verstärkten 3D-gedruckten Proben erhalten.

Verglichen mit Frischfasern wiesen die recycelten Fasern höhere Festigkeits- und Steifigkeitswerte auf. Windenergie aus recyceltem Fiberglas aus ausgedienten Windturbinenblättern wäre dem Forscherteam zufolge nicht nur eine umweltfreundliche Lösung. Das Material könnte außerdem mit FDM-3D-Druck-Rohmaterial aus frischen Glasfasern konkurrieren.

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