Untersuchungen zur Degradation bei wertstofflichem Recycling am Beispiel von PLA

Abstract

Die steigende Beliebtheit und Nutzung der additiven Fertigung mittels Fused Filament Fabrication (kurz FFF) resultiert in einem immer größer werdenden Bedarf an Kunststoffen. Der FFF Prozess neigt durch die Verwendung von Stützstrukturen, Filamentresten und Fehldrucken zu einer erhöhten Generierung an Abfällen, welche im Umkehrschluss aufgrund der Beliebtheit ebenfalls zunehmen. Das Recycling von Kunststoffabfällen für die additive Fertigung ist grundsätzlich möglich, jedoch aufgrund der Degradation der Werkstoffe durch den Wiederaufbereitungsprozess in der Häufigkeit limitiert. Des Weiteren zeigten verschiedene Studien in der Vergangenheit stark unterschiedliche Ergebnisse in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften der recycelten Materialien. Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Arbeit mit dem Einfluss der mehrfachen Wiederverwendung des Kunststoffmaterials Polylactid (PLA) auf dessen mechanischen Eigenschaften und allgemeine Druckbarkeit. Zu diesem Zweck durchlief das Material einen Kreislauf zur Filamentherstellung insgesamt fünfmal. Im Rahmen jedes Durchlaufs werden zwei unterschiedliche Arten von Probekörpern angefertigt. Das restliche Material diente als Basis für den nachfolgenden Recyclingdurchlauf. Dadurch erarbeitet die vorliegende Studie den Einfluss der wiederholten Filamentherstellung ohne die zusätzliche Nutzung durch einen 3D-Drucker. Mit Hilfe der Probekörper erfolgte die Überprüfung der mechanischen Eigenschaften des Materials sowie die Maßhaltigkeit der gedruckten Objekte. Die Maßhaltigkeit wurde mit Hilfe eines 3D-Scanners ausgewertet. Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass die wiederholte Filamentherstellung nur einen sehr geringen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften und die Druckbarkeit des Materials ausübte. Die Reduktion der ermittelten mechanischen Eigenschaften vom ersten zum letzten Durchlauf beläuft sich auf ca. 5% für das E-Modul, ca. 2% für die Zug- bzw. Streckspannung und ca. 7% für die Bruchspannung. Auch für die Maßhaltigkeit wurde eine minimale Reduktion über das gesamte Bauteil festgestellt. Dies zeigt, dass eine wiederholte Nutzung des Ausgangsmaterials für die Wiederaufbereitung in der Filamentherstellung geeignet ist, somit können alte Filamentreste bzw. nicht ausreichende Filamentmengen zu neuem Filament verarbeitet werden.