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Studie

Wie nachhaltig ist Additive Fertigung wirklich?

| Redakteur: Simone Käfer

Wie ressourcenschonend ist Additive Fertigung wirklich? Dieser Frage geht das VDI Zentrum Ressourceneffizienz in einer Studie nach. Und vergleicht dabei 3D-Druck mit Metall mit konventioneller Fertigung.

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Schneller, sparsamer, langlebiger? Eine Studie des VDI ZRE vergleicht additive mit Metallpulver mit konventioneller Fertigung.
Schneller, sparsamer, langlebiger? Eine Studie des VDI ZRE vergleicht additive mit Metallpulver mit konventioneller Fertigung.
(Bild: ©oatawa - stock.adobe.com)

Additive Verfahren gelten als schneller und kostengünstiger. Unter anderem, weil weniger Ausschuss produziert wird und bei der Herstellung weniger Abfall entsteht. Deshalb wird ihr künftig eine zentrale Rolle in kleinen und mittleren Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes prophezeit. Zu Recht?

Das VDI Zentrum Ressourceneffizienz (VDI ZRE) hat in einer Studie „Ökologische und ökonomische Bewertung des Ressourcenaufwands: Additive Fertigungsverfahren in der industriellen Produktion“ den Ressourcenverbrauch eines additiven Fertigungsverfahrens mit einem konventionellen Fertigungsverfahren verglichen. Bei dieser Studie wurde eine mittelgroße Serienproduktion untersucht, wie sie derzeit für den 3D-Druck noch nicht üblich ist. Zunächst wurde die Struktur des additiv zu fertigenden Bauteils optimiert. So ließ sich das Volumen des Bauteils reduzieren und der Materialverbrauch verringern.

Selektives Laserschmelzen (SLM) versus Gesenkschmieden

Produziert wurde eine Dämpfergabel für einen Pkw. Konventionell besteht diese aus einer gesenkgeschmiedeten Aluminium-Gusslegierung und wiegt 1,3 kg. Die Herstellung umfasst die Produktionsschritte Gießen, Gesenkschmieden, Entgraten, Wärmebehandeln und Fräsen. Bei der Additiven Fertigung entschied man sich für das Verfahren Laser Beam Melting (LBM). Bei diesem selektiven Laserschmelzen wurden zwei verschiedene Aluminiumpulver lokal geschmolzen und Schicht für Schicht auf einer Grundplatte aufgebracht.

Mehr Energie, mehr Rohstoffe, mehr Emissionen

Was war das Ergebnis? Beim 3D-Druck wurde mehr Energie, mehr Rohstoffe, mehr Wasser und mehr Fläche verbraucht als bei der konventionellen Produktion. Auch die Treibhausgasemissionen steigen an. Zudem sind die Material- und Betriebskosten wesentlich höher. Diese Effekte sind vor allem auf den hohen elektrischen Grundverbrauch der LBM-Anlage sowie auf deren Pulver- und Wartungskosten zurückzuführen. Das VDI ZRE hat aber noch Hoffnung auf Besserung. Denn technische Verbesserungen an der LBM-Anlage, mit denen in Zukunft fest zu rechnen ist, werden die Umweltauswirkungen und die Kosten stark reduzieren. Der Abstand zwischen konventioneller und Additiver Fertigung wird sich hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Ressourceneffizienz mittelfristig verringern.

Das Bauteil muss in seiner Anwendung bewertet werden

Die Studie zeigt, dass im Einzelfall sehr genau abzuwägen ist, wann additive und wann konventionelle Herstellungsverfahren gewählt werden. Im Fall der Pkw-Dämpfergabel fällt die Massereduktion durch die Additive Fertigung so gering aus, dass dies keinerlei Effekte auf den Treibstoffverbrauch des Autos haben wird. Anders sieht es in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizintechnik oder für bionische Produktkonzepte aus. Hier sind in der Nutzungsphase durch leichtere Bauteile höhere Einsparpotenziale erzielbar. Metallische Werkstücke werden in Zukunft sehr wahrscheinlich weder ausschließlich auf konventionellem Wege noch ausschließlich additiv gefertigt. Stattdessen werden die 3D-Druckverfahren die herkömmlichen Methoden ergänzen, ist man sich beim VDI ZRE sicher.

Die komplette Studie steht kostenfrei auf der Website des VDI ZRE zum Download bereit.

Dieser Beitrag wurde ursprünglich auf unserem Partnerportal MM Maschinenmarkt MM Maschinenmarkt veröffentlicht.

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