EVERGREEN

Das Forschungsprojekt EVERGREEN widmet sich der umfassenden Analyse und Verbesserung der Prozesskette des pulverbettbasierten Schmelzens von Metallen mittels Laserstrahl (PBF-LB/M). Das Ziel ist die Schaffung nachhaltiger Strategien zur Reduktion von Materialverlusten, zur Steigerung der Ressourceneffizienz sowie zur Erhöhung der Prozesssicherheit. Die Arbeiten zielen auf eine Senkung der grauen Energie ab, die mit der Herstellung und Verarbeitung von Metallpulver sowie der Entsorgung von Prozessnebenprodukten verbunden ist.

Ausgangssituation

Additive Fertigungsverfahren gelten als zukunftsweisende Technologien mit hoher Ressourceneffizienz. Besonders das PBF-LB/M-Verfahren bietet aufgrund seines geringen Materialeinsatzes, der Wiederverwendbarkeit von Pulverwerkstoffen und der Geometriefreiheit ein großes Potenzial. Jedoch führen Ineffizienzen entlang der Prozesskette zu einem hohen Anteil an grauer Energie im Endprodukt. Neben dem kosten- und energieintensiven Herstellungsprozess des Metallpulvers fallen auch bei der Fraktionierung, im Fertigungsprozess selbst sowie bei der Entsorgung erhebliche Materialverluste an. Gleichzeitig bestehen sicherheitstechnische Herausforderungen im Umgang mit metallischen Pulvern und den entstehenden Filterrückständen. Die derzeit praktizierte Entsorgung potenziell wiederverwertbarer Stoffe als Sondermüll ist weder wirtschaftlich noch ökologisch nachhaltig.

Zielsetzung und erwartete Ergebnisse

Das Projekt EVERGREEN verfolgt das Ziel, den PBF-LB/M-Prozess ganzheitlich nachhaltiger, produktiver und sicherer zu gestalten. Der Fokus liegt auf drei übergeordneten Handlungsfeldern:

• Reduktion der grauen Energie entlang der gesamten Prozesskette,

• Steigerung der Produktivität des PBF-LB/M-Verfahrens durch gezielte Prozessanpassungen,

• Reduzierung des Abfallaufkommens und Verbesserung der Arbeitssicherheit bei der Pulververarbeitung und -entsorgung.

Ein zentrales Ziel ist die Steigerung des Pulvernutzungsgrads durch die Verarbeitung von „Wie-verdüst“-Pulver mit breiter Partikelgrößenverteilung, welche bislang größtenteils ungenutzt bleibt. Hierfür wird die Prozesskette – von der Pulverförderung über den Schichtauftrag bis hin zur Bauteilbelichtung – neu ausgelegt. Für nicht verwertbare Pulverfraktionen und Filterrückstände wird ein Entsorgungskonzept unter Berücksichtigung sicherheitsrelevanter Aspekte erarbeitet. Die ökologische Bewertung der Prozesskette erfolgt mittels einer Lebenszyklusanalyse.

Vorgehensweise

Zu Beginn werden bestehende Prozessverluste systematisch erfasst und quantifiziert. Der Fokus liegt insbesondere auf den Bereichen Pulverherstellung, Fraktionierung, Auftragsprozess, Belichtungsstrategie sowie Recycling und Aufbereitung. Daraufhin werden Prozessanpassungen konzipiert und experimentell untersucht.

Ein zentrales Element ist die Erarbeitung eines neuen Prozesslayouts zur Verarbeitung von „Wie-verdüst“-Pulver, das bisher aufgrund seiner Eigenschaften nicht in PBF-LB/M-Anlagen eingesetzt werden kann. Ergänzend werden Strategien zur Nutzung recycelter Pulver und zur Vermeidung kritischer Rückstände aus der Filtertechnik erarbeitet.

Die technischen und ökologischen Auswirkungen der Maßnahmen werden kontinuierlich bewertet. Die Ergebnisse fließen in einen praxisnahen Leitfaden zur ressourceneffizienten und sicheren Gestaltung des PBF-LB/M-Prozesses ein. Abschließend erfolgt eine Validierung im industriellen Maßstab.

Dank

Das Forschungsprojekt EVERGREEN wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des 8. Energieforschungsprogramms gefördert (Förderkennzeichen: 03EI5032A) und vom Projektträger Jülich (PtJ) betreut. Wir danken dem Förderer, dem Projektträger sowie den Projektpartnern für die engagierte Zusammenarbeit und die fachliche Unterstützung bei der Umsetzung dieses zukunftsweisenden Vorhabens.