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3D-Druck mit Zellulose: Die Zukunft der Elektroisolierung

Eine neue Pilotanlage demonstriert die effiziente, designorientierte Herstellung von Elektroisolierkomponenten auf Zellulosebasis unter Verwendung von 3D-Druck.

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Der zunehmende Bedarf an effizienten und nachhaltigen Fertigungsprozessen in der europäischen Elektroisolierstoffindustrie hat zur Suche nach neuen Lösungen für Isolierkomponenten geführt, die nicht auf fossile Rohstoffe zurückgreifen. Ein häufig verwendeter Rohstoff für solche Komponenten ist Zellulose – das primäre Strukturmaterial der Zellwände von Pflanzen und die unter allen natürlich vorkommenden organischen Verbindungen auf der Erde am stärksten verbreitete. Zellulose ist ein nachwachsendes Forstmaterial, das heute vor allem in großtechnischen Anwendungen wie Papier, Verpackungen und Textilien eingesetzt wird. Die Vorteile der Verwendung von Zellulose bei der Herstellung von Isolierkomponenten ergeben sich aus der hohen Reinheit, der Festigkeit und der langen Lebensdauer bei Betriebstemperatur des Materials. Allerdings bringt die Herstellung mit Zellulose auch ihre Nachteile mit sich. Sie ist arbeitsintensiv, verbraucht eine Menge Ressourcen, Zeit und Energie und besteht aus mehreren Schritten. Darüber hinaus umfasst der Herstellungsprozess von Isolierkomponenten die Fertigung von Hunderten oder sogar Tausenden Formen, um der großen Vielfalt der auf dem Markt benötigten Komponenten gerecht zu werden.

Die Vorteile des 3D-Drucks

Der 3D-Druck mit Zellulose bietet eine Lösung für diese Herausforderung, da er den Einsatz von Formen komplett überflüssig macht und gleichzeitig die Anzahl der notwendigen Produktionsschritte deutlich reduziert. Im Wissen um diese Vorteile entwickelt das EU-finanzierte Projekt NOVUM (Pilot line based on novel manufacturing technologies for cellulose-based electrical insulation components) eine neuartige Pilotanlage für die schnelle, designorientierte Herstellung fortschrittlicher Elektroisolierkomponenten auf Zellulosebasis. Der Projektwebsite zufolge wird die Pilotlanlage die Effizienz, Produktivität und Flexibilität erheblich verbessern. Außerdem wird die Ablösung des manuellen Betriebs durch eine automatisierte Fertigung die Arbeitszeit um 40 %, den Abfall um 60 %, den Energieverbrauch um 20 % und die Betriebskosten um bis zu 40 % reduzieren.

Eigenschaften der zellulosebasierten Materialien

Die im Rahmen des Projekts entwickelten Zellulosematerialien enthalten keine Zusatzstoffe auf Erdölbasis und sind vollständig biobasiert. Wie in einem Artikel auf der Website „3DPrint.com“ berichtet wird, enthalten die thermoplastischen Materialien „Zellulosederivate, Zellulosepulver und biobasierte Weichmacher“. Obwohl ihr Zellulosegehalt bis zu 60 % höher liegt als bei den kommerziellen Referenzen, befinden sich ihre „Materialfestigkeitseigenschaften auf dem gleichen Niveau oder sogar darüber“. Darüber hinaus können die Materialien „durch die Veränderung der Komponenten in den Formulierungen bzw. der jeweiligen Mischungsverhältnisse der verschiedenen Komponenten“ auf die Anforderungen bestimmter Anwendungen zugeschnitten werden. Neben der Elektroisolierung hat das Projekt NOVUM auch zum Ziel, das additive Herstellungsverfahren für zellulosebasierte Materialien in der Schiffs- und Automobilindustrie zu demonstrieren, berichtet der Artikel. „Für die Schiffsindustrie ergäbe sich eine völlig neue Anwendung – das bedarfsgerechte Drucken von Außendekorationselementen für Kreuzfahrtschiffe. Die Hauptmotivation für die Automobilindustrie ist der Nachhaltigkeitsfaktor, zu dem der Einsatz biobasierter Materialien anstelle von solchen auf fossiler Rohstoffbasis einen wesentlichen Beitrag leisten wird.“ Das im Oktober 2017 gestartete Projekt NOVUM befindet sich derzeit in seinem vierten Jahr und endet im März 2022. Weitere Informationen: NOVUM-Projektwebsite

Schlüsselbegriffe

NOVUM, Zellulose, Elektroisolierung, 3D-Druck, Fertigung

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