| Thema | Additive Fertigung, Ökologie |
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| Projekttitel | Betrachtung der Kreislauffähigkeit von recyceltem Kunststoff im Rahmen der Additiven Fertigung im Bereich der Dentaltechnik zur Herstellung von Gebissmodellen (RecycAligner) |
| Laufzeit | 01.06.2024 – 31.05.2026 |
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Das Ziel des Forschungsvorhabens RecycAligner ist zu erfoschen, ob und in welcher Häufigkeit sich additiv gefertigte Gebissmodelle recyceln lassen, die zur Herstellung von Alignerschienen dienen. Betrachtet wird die Extrusionsbasierte Additive Fertigung (Fused Filament Fabrication, FFF).
Die Fragestellungen zur Degradation, Toxikologie und Oberflächenqualität von additiv gefertigten Gebissmodellen sind bislang nicht ausreichend beantwortet. Das FFF-Verfahren auf Filament- beziehungsweise Granulatbasis ermöglicht eine direkte Recyclebarkeit ohne chemische Aufbereitung.
Der untersuchte Prozess wird hinsichtlich Toxikologie und klinischer Eignung mit anderen modellbasierten Verfahren (SLA-Verfahren) und modellfreien Verfahren (Direktdruck von Alignerschienen) verglichen. Dabei stehen die Materialeigenschaften und die Passung zwischen Alignerschienen und Referenzmodellen im Vordergrund, da diese die therapeutische Kraftentwicklung beeinflussen. Die toxikologischen Untersuchungen evaluieren das Vorhandensein von mutagenen, teratogenen, genotoxischen, zytotoxischen und östrogen-aktiven Substanzen in den Zwischen- und Endprodukten der Prozesse.
Eine Kreislaufwirtschaft im zahnmedizinischen Umfeld kann den wachsenden Markt der Zahnkorrektur nachhaltiger gestalten und die Abfallproduktion durch kunstharzbasierende Verfahren reduzieren.
Die Expert*innen für Additive Fertigung am IPH arbeiten im Forschungsvorhaben RecycAligner eng mit der Kieferorthopädie am LMU Klinikum München zusammen.
Veröffentlichungen zum Projekt
Die nachhaltige Herstellung von Dental- und Kieferorthopädiemodellen gewinnt aufgrund steigender Anforderungen an Ressourceneffizienz und Umweltschutz zunehmend an Bedeutung. In dieser Arbeit wird ein Konzept zur Nutzung recycelter Kunststoffe in Verbindung mit dem additiven Fertigungsverfahren Fused Granular Fabrication (FGF) vorgestellt. Dabei werden geschredderte PETG-Bauteile direkt als Granulat verarbeitet, wodurch der sonst notwendige Zwischenschritt der Filamentherstellung entfällt. Für die Untersuchungen wurde ein Desktop-3D-Drucker mit einem pelletbasierten Extruder ausgestattet. Die gefertigten Dentalmodelle wurden mittels optischer 3D-Scananalyse hinsichtlich ihrer Maßhaltigkeit bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass aus recyceltem PETG hergestellte Modelle grundsätzlich für dentale und kieferorthopädische Anwendungen geeignet sind. Gleichzeitig werden technische Herausforderungen wie Materialförderprobleme, Verstopfungen und thermisch bedingte Instabilitäten identifiziert. Die Studie liefert damit einen ersten Nachweis für die erfolgreiche Integration von Recyclingmaterialien in die dentale Additive Fertigung und zeigt Potenziale für nachhaltigere Materialkreisläufe in klinischen und laborbasierten Anwendungen auf.
Additive Fertigung, 3D-Druck, Kunststoffrecycling, Dentalmodelle, Kieferorthopädie, Nachhaltigkeit
Lassen sich Gebissmodelle aus recyceltem Kunststoff additiv fertigen? Ist die Qualität auch nach mehreren Recycling-Zyklen noch ausreichend für medizinische Zwecke? Das untersucht das IPH gemeinsam mit dem LMU Klinikum im Forschungsprojekt "RecycAligner".
3D-Druck, Additive Fertigung, Recycling, Zahntechnik
Aufgrund der deutlich steigenden Nachfrage nach Kunststoffkomponenten ist es notwendig geworden, Lösungen für das Recycling von Polymeren zu untersuchen, um deren negative Auswirkungen auf die Umwelt zu beseitigen. Der Schwerpunkt dieser Studie liegt auf der Untersuchung der Machbarkeit des Recyclings von Polypropylen und einem thermoplastischen Elastomer durch additive Fertigung bis zu fünf Mal. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Studie ist die Herstellung und Bewertung der Qualität von Hybridbauteilen auf Basis von Polypropylen und thermoplastischen Elastomeren. Dabei wird ein thermomechanischer Recyclingansatz verwendet, bei dem die Polymere thermischen und mechanischen Prozessen unterzogen werden, um nach jedem Recyclingzyklus eine verwendbare Materialform zu erhalten. Mit Hilfe der additiven Fertigung wurden Probekörper aus dem Material sowohl in Filament- als auch in Granulatform hergestellt. Die thermischen, mechanischen und rheologischen Eigenschaften der Probekörper wurden mit Hilfe verschiedener Analysetechniken charakterisiert, darunter Zugversuch, Schlagversuch, optische Mikroskopie, Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie, thermogravimetrische Analyse, dynamische Rasterkalorimetrie und rheologische Tests, um die Degradationseigenschaften der recycelten Polymere zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen im Allgemeinen, dass das gewählte Recyclingverfahren nur geringe Veränderungen der Materialeigenschaften durch thermische und rheologische Tests verursacht, während es sich auf die mechanischen Eigenschaften und die Druckfähigkeit auswirkt.
Additive Fertigung, Recycling, Polypropylen, thermoplastische Elastomere
