Entwicklung eines additiven Fertigungsverfahrens für expandierte Stärke

Abstract

Im Kontext der Umweltschädigung rücken Faktoren wie Nachhaltigkeit, biologische Abbaubarkeit, CO2-Neutralität und grundsätzlich auch die Vermeidung von petrochemisch erzeugten Kunststoffen zunehmend in den Fokus der Klimapolitik. Besonders für Einsatzmaterialien mit kurzen Lebenszyklen, welche sich überwiegend in der Verpackungsbranche wiederfinden, müssen daher biologische Alternativen gefunden werden. In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung eines neuartigen Extrusionssystems für ein stärkebasiertes und geschäumtes Ausgangsmaterial vorgestellt. Mit diesem Extrusionssystem wird ein additiver Fertigungsprozess auf Basis des FLM-Verfahrens realisiert. Auf diese Weise sollen für expandierte Stärkechips, welche bereits als nachhaltige Alternative für Füllmaterial im Verpackungs-bereich etabliert sind, weitere Einsatzgebiete eröffnet werden. Im Rahmen der Arbeit werden zunächst das Prinzip der Strangbildung und -auftragung mit dem expandierten Stärkematerial vorgestellt sowie der anlagentechnische Aufbau von Extrusionseinheit und Bewegungsapparat beschrieben. Das bestehende System wird auf seine Leistungsfähigkeit hin untersucht und es wird eine geeignete Systemeinstellung für die kontinuierliche Strangextrusion vorgenommen. Anhand verschiedener Druckszenarien werden die Prozesseigenschaften und -grenzen analysiert und entsprechende Gestaltungsregeln für einen erfolgreichen Druckprozess abgeleitet. Abschließend wird die erfolgreiche Produktion eines Demonstrationsteils dokumentiert, bei welcher diese Gestaltungsregeln berücksichtigt werden.