Während der Lebensdauer eines Passagierflugzeuges ist insbesondere die Kabine oft mehrfach zu modernisieren oder komplett auszutauschen. Viele der dabei aussortieren Bauteile lassen sich aufgrund der Materialzusammensetzung kaum recyclen und müssen in Verbrennungsanlagen oder auf Deponien entsorgt werden. Um dies zu vermeiden, braucht es neue, ressourcenschonende Fertigungstechnologien sowie geeignete End-Of-Life Konzepte. Zusammen mit Partnern aus der Luftfahrtindustrie erforscht das DLR im LuFo-Projekt TIRIKA (FKZ: 20W2103H) wie recyclebare Kabinenbauteile zukünftig per 3D‑Druck aus Kunststoffen hergestellt werden können. Ziel ist die Entwicklung eines ganzheitlichen Wiederverwertungskonzeptes für faserverstärkte Hochleistungsthermoplaste, so dass ein geschlossener Materialkreislauf für Kabinenbauteile entsteht. Dieses Konzept erfordert eine Materialauswahl, die neben den Anwendungseigenschaften insbesondere die Granulier-, Extrusions- und 3D-Druckparameter berücksichtigt.
3D-Druck in der Luftfahrt
Die additive Fertigung bietet Anwendern einzigartige Designfreiheit und Flexibilität. Besonders in der Kabine, wo häufig Bauteile in kleinen Stückzahlen und vielen Varianten benötigt werden, stammt bereits heute eine Vielzahl an verschiedenen Teilen aus dem 3D-Drucker. Im Projekt TIRIKA arbeitet das DLR an der Entwicklung der nächsten Generation der additiven Fertigung: dem Großformat 3D-Druck. Dabei wird mit einem Extruder, der an einem Roboter montiert ist, entlang eines programmierten Pfades kontinuierlich thermoplastischer Kunststoff aufgetragen, um ein Bauteil zu erzeugen. Diese Technologie ermöglicht die Fertigung sehr großer Bauteile, bei denen aktuelle 3D-Druckverfahren an ihre Grenzen stoßen.
Heute schon an morgen denken
Um die hohen Anforderungen für Kabinenbauteile zu erfüllen, kommen in diesem Prozess ausschließlich kurzfaserverstärkte Hochleistungsthermoplaste zum Einsatz, die bereits bei der Herstellung signifikante Ressourcen binden. Bei der Entwicklung des Großformat 3D‑Drucks stand daher von Beginn an das Recycling der Bauteile im Fokus. Im Projekt TIRIKA wurde dazu ein geschlossener Materialkreislauf etabliert, in dem die gedruckten Bauteile zerkleinert, aufbereitet und für den 3D-Druck neuer Kabinenbauteile wiederverwendet werden. Im Rahmen umfangreicher Materialanalysen untersucht das DLR, wie sich der Recyclingprozess auf die Materialeigenschaften auswirkt. Wichtig ist, dass die Bauteile aus recyceltem Material nicht nur wie neu aussehen, sondern auch weiterhin die hohen strukturellen Anforderungen für die Kabine erfüllen. Die ersten Ergebnisse aus Kreislaufstudien sind vielversprechend. Die Festigkeit und Steifigkeit des einmalig rezyklierten Materials verringern sich lediglich um 10 bis 20 %. Diese Kennwertabnahme resultiert im Wesentlichen aus einer Schädigung der Fasern während des Extrusionsprozesses. Die Thermoplastmatrix weist hingegen keine ausgeprägte Degradation auf. Auch die Verarbeitungseigenschaften des Rezyklates zeigten nur geringe Veränderungen im Vergleich zur Neuware.
Diese Erkenntnisse bilden die Basis für den Aufbau einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft, bei der alte Kabinenbauteile zukünftig wieder im Drucker statt auf der Deponie landen. Weiterführende Arbeiten beschäftigen sich mit der Reduktion der recycling-bedingten Eigenschaftsveränderungen, um das Material auch über mehrere Zyklen im Kreislauf führen zu können. Dazu werden Technologien zur Direktverarbeitung vom Mahlgut entwickelt und das Auffrischen des Rezyklats mit Neuware untersucht.
