Nachhaltigkeit und 3D-Druck

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Erwartet uns eine neue Flut von Plastikmüll?

Seit ein paar Jahren sind die Preise und Eintrittsbarrieren für die 3D Druck Technologien massiv gesunken. Bislang eine Domäne im professionellen Fertigungsbereich, erschliessen sich damit neue Zielgruppen und potentielle Anwendungsfelder. Nicht zuletzt dank einer sehr intensiven Medienberichterstattung rücken die 3D Druck Verfahren immer mehr ins Bewusstsein der Öffentlichkeit. Gleichzeitig schiessen Firmen im 3D Druck Umfeld aus dem Boden.

Was bedeutet Nachhaltigkeit? Es existieren sehr vielfältige Kriterien und Definitionen hierzu. Für mich sehr anschaulich und einleuchtend ist das Beispiel der nachhaltigen Forstwirtschaft, also der Bewirtschaftungsweise eines Waldes, bei welcher immer nur so viel Holz entnommen wird, wie nachwachsen kann. Auf den Konsum jedes einzelnen übertragen, kann dies heissen, Produkte zu kaufen, deren Herstellung weniger Rohstoffe und Materialien benötigt, deren Nutzung energiesparend und umweltfreundlich ist und die sich möglichst lange nutzen und danach wieder recyceln lassen.

Die 3D Druck Technologien eröffnen einerseits hervorragende Chancen, weniger ressourcenintensiv, nur auf Nachfrage und mehr lokal zu produzieren. Dies sowohl in der Wertschöpfungskette (Value Chain) wie auch in der  Lieferkette (Supply Chain). Heute sind die Technologien bereits so weit vorangeschritten, dass Einzelanfertigungen und kleinere Stückzahlen bestimmter Teile preislich attraktiver sind als bei der Herstellung nach traditionellen Verfahren. Und dies bei nahezu gleicher Qualität.
Doch besteht nicht auch die Gefahr, dass private Anwender sich in Zukunft selbst noch mehr und kurzlebige (cradle-to-grave) Dinge selbst produzieren? Erwartet uns damit eine neue Welle von Plastikmüll? Sind die Materialen ökologisch bedenklich und überhaupt wiederverwendbar?

Positive Auswirkungen auf die Wertschöpfungskette:

  • Produktion vor Ort / kürzere und weniger Transportwege.
  • Nur Rohmaterialien für die Produktion erforderlich. Keine Zwischenprodukte.
  • Weniger und einfachere Produktionsschritte:
    • Keine unterschiedlichen Werkzeuge oder Rüstkosten für die Erstellung unterschiedlicher Teile erforderlich. Selbst im gleichen „Druckauftrag“ können mehrere unterschiedliche Teile produziert werden.
    • Nahezu kein Produktionsabfall durch die additiven Verfahren. Nur dasjenige Material wird benötigt, aus dem ein Objekt tatsächlich besteht.
  • Produktion nur auf Nachfrage:
    • Geringerer Ausschuss durch Einbezug des Konsumenten bereits in der Designphase.
    • Produktion von höchst individualisierten Produkten ohne Mehraufwand.
    • Kein oder sehr geringer Bedarf an Lagerkapazitäten / -logistik.
    • Keine überflüssig produzierten Mengen. Keine Entsorgung zu viel produzierter Güter.
  • Verwendung von öko-kompatiblen Materialien für den 3D Druck vorhanden (PLA, Sägemehl, Papier) oder in der Forschung (z.B. Bio Kunststoffe auf Lignin-Basis, Thermoplastische Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen)
  • Wiederverwendbarkeit einiger im 3D Druck eingesetzter Materialien (wie ABS, PLA)  und Wiederverwertung anderer Kunststoffe für den 3D Druck).

Positive Auswirkungen auf die Lieferkette:

  • Weniger Logistik und Ressourcenverbrauch durch
    • weniger erforderliche Lieferanten (nur Rohmaterialien)
    • direkten Absatz vom Produzenten zum Konsumenten (ohne Gross- und Einzelhandel).
      Beispielsweise können Ersatzteile bei Bedarf selbst vom Konsumenten zu Hause oder in einem „Copy“ Shop um die Ecke hergestellt werden. Dies kann wiederum zu einer höheren Lebensdauer von Produkten führen.

Einige Aspekte und Fragen sind aber noch nicht geklärt oder bedürfen objektiver Analysen:

  • Gesamt-Ökobilanz Additive Verfahren im Vergleich zu subtraktiven bzw. traditionellen Produktionsverfahren?
    (Bsp. sehr hoher Stromverbrauch beim Selective Laser Sintering)
  • Fehlende Standards bzgl. Materialeigenschaften, Material- und Objektqualität (Produkthaftung, Zuverlässigkeit)
  • Nachhaltigkeit und ökologische Aspekte der im 3D Druck verwendeten Verbrauchsmaterialien
  • Umfang und Belastung von teilweise chemischen und aufwendigen Nachbearbeitungsschritten
  • Recycling von Produktionsausschuss oder nicht wiederverwendbarer Materialien

Generell scheint das Thema Nachhaltigkeit bei den Marktteilnehmern im 3D Druck Bereich momentan noch nicht sehr verankert oder prioritär zu sein. Sowohl in den Medien wie auch in den Auftritten der Drucker- und Materialhersteller spielen Nachhaltigkeit oder ökologische Aspekte eine eher untergeordnete Rolle.

Doch es tut sich was. Jüngst hob bspw. der grösste Hersteller von Consumer 3D Druckern, Makerbot, hervor, dass sein neuestes Modell (Replicator 2) das bio-kompatible PLA verwendet. Für MCor Technologies, die ein Verfahren auf Papierbasis anbieten,  sind die ökologischen Aspekte sogar eines der Hauptverkaufsargumente. Und auch der grösste Player am Markt, die Firma 3D Systems arbeitet an diversen Nachhaltigkeitsprogrammen z.B. an einem Recyclingangebot von Materialausschuss.

Artikel und Beispiele:

  • filabot.com Recycling von div. Kunststoffen um daraus 3DP Filament zu machen
  • Wiederverwertung Milchflaschen für den 3D Druck (Teamarbeit der University von Washington)
  • Holzfilament für FDM 3D Drucker: http://garyhodgson.com/reprap/2012/09/printing-with-wood-composite/
    Freedom of creation experimentiert mit Sägemehl im SLS Verfahren
  • 6 ways 3D printing will make the future sustainable, 3DPrinter Net (11. Nov. 2012)
  • „3D Printing and Sustainability; Are They Mutually Exclusive?“ Druck mit Papier: Mcor. Artikel zum Verfahren und Bezug zu Nachhaltigkeit von Julie Reece (4. Nov. 2012)
  • Team von Univ. Washington: Boot aus alten Milchflaschen  (1. Nov. 2012)
  • Wired.com – Synthesizer Manufacuturer Teenage Engineering offers customer to print replacement parts on their own (29.9.12)
  • How 3D Printing is Disrupting Mainstream Manufacturing Processes
  • 3D printing tech – the big green implicationsGoing green (16. Okt. 2012) sowie Going Green – Printing’s Next Dimension
  • Recycling 3D printing materials: 4 possible solutions
  • 3D Printing Tech: The Big Green Implications, Earth Techling (15. Okt. 2012)
  • „SolarSinter“ Markus Kaysers Masterarbeit über einen mit Solarenergie betriebenen 3D Drucker, der aus Wüstensand Objekte in Naturglas produziert (August 2011)
  • Abe Reichenthal, CEO 3D Systems zu ihren Nachhaltigkeitsprogrammen (21.5.12)