Anschrift
Technische Universität Dresden - Fakultät für Umweltwissenschaften - Fachrichtung Forstwissenschaften - Institut für Forstnutzung und Forsttechnik - Professur für Forstnutzung
Pienner Str. 19
01737 Tharandt
Ergebnisverwendung
Es wurden druckfähige Mischungen mit Nadelholzspänen entwickelt. Als geeignet erwiesen sich Späne bis zu einer Partikelgröße von 200 µm. Diese machen etwa 2 % der spanförmigen Reststoffe von HS Timber Productions (Kodersdorf) aus. Es wurden die Mengenanteile an Spänen ermittelt, die einen akzeptablen inneren Zusammenhalt der Druckpaste gewährleisten. Die Schwindung lag in einem Bereich von 7,7 bis 20,2 %. Sie stieg mit sinkender Partikelgröße an. Mit sinkender Menge an Holzspänen in der Mischung kommt es gleichfalls zu einer verstärkten Schwindung. Die Biegefestigkeit lag zwischen 1,3 und 2,9 MPa, je feiner die Holzspäne, desto größer die Werte. Die Materialdichte betrug 0,22 bis 0,32 g/cm³. Mit sinkender Partikelgröße stieg ebenfalls die Dichte des damit herstellten Materials. Die Verwendung alternativer Bindemittel (Gips), von zusätzlichen Verstärkungsfasern (Zellulose) und Füllstoffen (Sand) beeinflusste die physikalischen Eigenschaften. Bei den untersuchten Gips-Zellulose- Mischungen erhöhte sich mit zunehmenden Gipsanteil die Dichte von 0,53 auf 1,35 g/cm³, die Schwindung sank von 20,3 auf -0,7 %, Biege- und die Druckfestigkeit lagen zwischen 3,0 und 8,1 MPa bzw. zwischen 2,5 und 14 MPa. Die Stärke-Holzmehl-Sand-Mischungen zeigten mit zunehmenden Sandanteil einen Anstieg der Dichte von 0,57 auf 1,41 g/cm³, die Schwindung sank von 23,0 auf 0,2 %, Biege- und Druckfestigkeit sanken von 7,9 auf 1,7 MPa bzw. von 5,2 auf 2,1 MPa. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass das Schwinden durch die Zugabe von Sand bzw. Gips reduziert und die Festigkeitseigenschaften durch das Ersetzen des Holzmehls durch Zellulosepulver verbessert werden können. Mithilfe des 3D-Drucker SCARA V4 (3D Potter) wurde das Verfahren in den Pilotmaßstab überführt. An der TUD wurde dazu eine praxistaugliche Mischung entwickelt (Schwindung 16 %, Biegefestigkeit, 2,4 MPa). Die weiteren Ergebnisse wurden gemeinsam mit der WHZ erarbeitet und sind im Schlussbericht jenes Teilvorhabens beschrieben.
Aufgabenbeschreibung
Bisher wurden in der Holzverarbeitung hauptsächlich subtraktive Fertigungsverfahren eingesetzt. Die Materialeffizienz dieser Fertigungstechnologien ist naturgemäß begrenzt. Bei der Produktion von Holzmöbeln fallen so jährlich mehrere hunderttausend Tonnen Holzreste und Späne an. Durch den Einsatz alternativer Technologien könnte die Menge der Holzreste reduziert oder für die Produktion von Waren verwendet werden. Bei der additiven Fertigung wird das Material auf der Grundlage eines digitalen Modells schichtweise aufgetragen. Die Prozesskette ist durch die direkte Herstellung von Bauteilen auf der Grundlage von 3DCAD- Daten gekennzeichnet. Allen additiven Fertigungsverfahren ist gemeinsam, dass das verwendete Material vollständig im fertigen Werkstück verbleibt bzw. für die Produktion des nächsten Werkstücks zur Verfügung steht, was dieses Verfahren sehr materialeffizient macht. Das Liquid Deposition Modeling (LDM) ist ein 3D-Druckverfahren, das mit pastösen Materialien arbeitet. In Vorarbeiten wurden an der TU Dresden (TUD) Materialmischungen für das Liquid Deposition Modeling mit besonderem Augenmerk auf ökologische Aspekte entwickelt, wobei wasserbasierte Bindemittel aus nachwachsenden Rohstoffen (z.B. Methylcellulose, Stärke) verwendet wurden. Das Forschungsprojekt setzte die Materialentwicklung fort. Es sollte die Fragen beantworten, welche Partikelfraktionen von spanförmigen Resthölzern aus der holzverarbeitenden Industrie als Ausgangsmaterial geeignet sind und inwieweit durch alternative Bindemittel, zusätzliche Verstärkungsfasern oder Füllstoffe die Schwindung reduziert und die Festigkeit erhöht werden kann. Während die Materialentwicklung Aufgabe des Projektinitiators TU Dresden war, war es Ziel der Arbeiten an der WHZ, den 3D-Druck mit Holzwerkstoffen vom Labor- in den Pilotmaßstab zu übertragen. Auch die Marktfähigkeit sollte mit den entstehenden Prototypen geprüft werden.
