Wissenschaftlern der Michigan Technology University in Houghton ist es gelungen, aus Möbelholzabfällen 3D-druckbare Holzfilamente herzustellen.
Der Erfolg wurde in einem Forschungspapier veröffentlicht, das vom Open-Source-Champion Joshua Pearce mitverfasst wurde.In dem Artikel wurde die Möglichkeit des Upcyclings von Möbelabfällen zu Holzfilamenten untersucht, um die Umweltauswirkungen von Holzabfällen zu verringern.
Der Zeitung zufolge produziert allein die Möbelindustrie in Michigan täglich mehr als 150 Tonnen Holzabfälle.
In einem vierstufigen Prozess demonstrierten die Wissenschaftler die Möglichkeit, 3D-Druck-Holzfilamente mit einer Kombination aus Holzabfällen und PLA-Kunststoff herzustellen.Die Mischung dieser beiden Materialien ist besser bekannt als Wood-Plastic-Composite (WPC).
Im ersten Schritt wurden Holzabfälle von verschiedenen Möbelherstellern in Michigan erworben.Zu den Abfällen gehörten Massivplatten und Sägemehl aus MDF, LDF und Melamin.
Diese massiven Platten und Sägespäne wurden zur Herstellung von WPC-Filament auf Mikromaßstab reduziert.Das Abfallmaterial wurde mit einer Hammermühle gemahlen, in einem Holzhacker gemahlen und mit einem Vibrationsentlüftungsgerät gesiebt, bei dem ein Sieb mit einer Maschenweite von 80 Mikron zum Einsatz kam.
Am Ende dieses Prozesses befanden sich die Holzabfälle in Pulverform mit einem körnigen Anteil an Getreidemehl.Das Material wurde nun als „Holzabfallpulver“ bezeichnet.
Im nächsten Schritt wurde PLA zum Mischen mit dem Holzabfallpulver vorbereitet.PLA-Pellets wurden auf 210 °C erhitzt, bis sie rührbar wurden.Das Holzpulver wurde der geschmolzenen PLA-Mischung mit unterschiedlichen Holz-zu-PLA-Gewichtsprozentsätzen (Gew.-%) zwischen 10 Gew.-% und 40 Gew.-% Holzabfallpulver zugesetzt.
Das verfestigte Material wurde erneut in den Holzhacker gegeben, um es für den Open-Source-Recyclebot, einen Kunststoffextruder zur Filamentherstellung, vorzubereiten.
Das hergestellte Filament hatte einen Durchmesser von 1,65 mm und war damit dünner als das auf dem Markt erhältliche Standard-3D-Filament, nämlich 1,75 mm.
Das Holzfilament wurde durch die Herstellung verschiedener Gegenstände getestet, beispielsweise eines Holzwürfels, eines Türknaufs und eines Schubladengriffs.Aufgrund der mechanischen Eigenschaften des Holzfilaments wurden Anpassungen an den in der Studie verwendeten 3D-Druckern Delta RepRap und Re:3D Gigabot v. GB2 vorgenommen.Zu den Änderungen gehörten die Modifizierung des Extruders und die Steuerung der Druckgeschwindigkeit.
Das Drucken von Holz bei idealer Temperatur ist ebenfalls ein wichtiger Faktor, da hohe Temperaturen das Holz verkohlen und die Düse verstopfen können.In diesem Fall wurde das Holzfilament bei 185 °C gedruckt.
Die Forscher zeigten, dass es praktisch ist, Holzfilamente aus Möbelholzabfällen herzustellen.Sie haben jedoch wichtige Punkte für zukünftige Studien angesprochen.Dazu gehörten die wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen, Einzelheiten zu den mechanischen Eigenschaften und die Möglichkeit einer Produktion im industriellen Maßstab.
Das Papier kam zu dem Schluss: „Diese Studie hat eine technisch realisierbare Methode zur Aufbereitung von Möbelholzabfällen in verwendbare 3D-druckbare Teile für die Möbelindustrie aufgezeigt.“Durch Mischen von PLA-Pellets und recyceltem Holzabfallmaterial wurde Filament mit einem Durchmesser von 1,65 ± 0,10 mm hergestellt und zum Drucken einer kleinen Auswahl an Testteilen verwendet.Obwohl diese Methode im Labor entwickelt wurde, kann sie an die Anforderungen der Industrie angepasst werden, da die Prozessschritte unkompliziert sind.Es wurden kleine Chargen von 40 Gew.-% Holz hergestellt, die jedoch eine geringere Wiederholbarkeit zeigten, während Chargen von 30 Gew.-% Holz hinsichtlich der Benutzerfreundlichkeit am vielversprechendsten waren.“
Die in diesem Artikel besprochene Forschungsarbeit trägt den Titel „Wood Furniture Waste-Based Recycled 3-D Printing Filament“.Es wurde gemeinsam von Adam M. Pringle, Mark Rudnicki und Joshua Pearce verfasst.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.02.2020