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Die Produktentwicklung hat einen entscheidenden Einfluss auf die Ressourceneffizienz in der Produktion, der Nutzungsphase und der Entsorgung. Es wird angenommen, dass während der Produktentwicklung bereits 80 Prozent der zukünftigen Umweltauswirkungen eines Produkts festgelegt werden.* McAloone, T. C. und Pigosso, D. C. (2021): Ökodesign - Entwicklung von Produkten mit verbesserter Ökobilanz. In: Bender, B. und Gericke, K., Hg. Pahl/Beitz Konstruktionslehre. Methoden und Anwendung erfolgreicher Produktentwicklung. 9. Auflage 2021. Berlin, Heidelberg: Springer, S. 986.
Durch die hohen Designfreiheiten und schnellen Umsetzungsmöglichkeiten in der additiven Fertigung ist zu erwarten, dass der Einsatz in der Produktentwicklung weiter zunehmen wird. Hinzu kommt, dass der Bereich des Designs und der Entwicklung bereits heutzutage das häufigste Einsatzgebiet darstellt.* van Bracht, R.; Pollok, P.; Piller, F. T. und Marquardt, E. (2019): Das Potenzial der additiven Fertigung : digitale Technologien im Unternehmenskontext (abgerufen am: 21.03.2024).
Die schnelle Entwicklung und Umsetzung von Ideen in physische Modelle kann allerdings dazu verleiten, unvollständige oder unnötige Objekte zu drucken, wodurch auch unnötige Ressourcenaufwände entstehen können. Um die Potenzialen für die Ressourceneffizienz gänzlich ausschöpfen zu können, sollten deshalb die folgende Aspekte berücksichtigt werden.
Das sog. Rapid Prototyping beschreibt die Möglichkeit, die Herstellung von Konzept-, Design-, Geometrie- und Funktionsmodellen realistisch, schnell und kostengünstig zu ermöglichen. Die Nutzung dieser Vorteile im Bereich des Werkezeugs- und Hilfsvorrichtungsbaus werden als „Rapid Tooling“ bezeichnet.* Fastermann, P. (2012): 3D-Druck/Rapid Prototyping – Eine Zukunftstechnologie - kompakt erklärt, Springer: Berlin Heidelberg.
Die Chancen für die Ressourceneffizienz liegen hierbei insbesondere im schnellen Testen und Ausprobieren zukünftiger Funktionalitäten mit niedrigem Materialeinsatz. So ist außerdem zu erwarten, dass mögliche Probleme oder Herausforderungen frühzeitig erkannt werden können, wodurch auch späterer Ausschuss oder häufigere Reparaturen vermieden werden können.
Die attraktiven Möglichkeiten des Rapid Toolings und Prototypings sollten aber nicht dazu verleiten, unnötige Objekte zu drucken. Um Ressourcen zu schonen ist deshalb ein gutes Zusammenspiel mit einer Simulationssoftware wichtig. So sollten möglichst viele gewünschte Funktionalitäten erst in geeigneter Software simuliert und berechnet werden, bevor anschließend reale Objekte hergestellt werden.
© Eigene Darstellung auf Basis von Ökopol und IDZ (2015): Ecodesign Kit [online][abgerufen am 15.08.2024], verfügbar unter: www.ecodesignkit.de sowie Umweltbundesamt (2019): Ökodesign [online][abgerufen am 15.08.2024], verfügbar unter: www.umweltbundesamt.de/themen/wirtschaft-konsum/produkte/oekodesign
Mit Hilfe additiver Fertigungsverfahren ist es möglich, auch komplexe Geometrien zu erstellen, die mit traditionellen Fertigungsarten nur schwer oder unmöglich herzustellen wären. So ist es zum Beispiel möglich, die Prinzipien der Bionik (Nachahmung von Strukturen aus der Natur) anzuwenden und dadurch Ressourcen einzusparen.
Gleichwohl können diese Designfreiheiten auch dazu verleiten, Objekte zu erschaffen, die aufgrund von Hinterschneidungen oder komplexen Geometrien in der späteren Nutzungsphase nur noch schwer auszutauschen oder zu reparieren sind. Aus diesem Grund sollten die Prinzipien des Ecodesigns berücksichtigt werden. Darin wird das Zusammenspiel wichtiger Aspekte für die Ressourceneffizienz über Materialbereitstellung bis zur Entsorgung beschrieben.
Die Bauteilkonsolidierung, also die Zusammenführung mehrerer Bauteile zu einem Bauteil, kann mit Hilfe der additiven Fertigung einfach umgesetzt werden und erspart zum Beispiel fehlerbehaftete Montageschritte.
Die daraus resultierenden Chancen für die Ressourceneffizienz sollten allerdings auch mit den Herausforderungen gegenübergestellt werden. So müssen bei Defekten oder Reparaturarbeiten durch die Konsolidierung häufig größere Komponenten ausgetauscht werden als bei modularen Bauweisen. Entwicklerteams sollten eine Konsolidierung im Einzelfall deshalb immer mit den Vor- und Nachteilen von modularen Bauteilen gegenüberstellen und bei der Entscheidung auch ökologische Aspekte berücksichtigen.
Hybride Objekt versprechen die jeweils vorteilhaften mechanischen Eigenschaften der eingesetzten Materialien zu kombinieren, wobei im Idealfall auch weniger Material verwendet werden muss. Dies kann auch in der Nutzungsphase zum Beispiel zu Gewichtseinsparungen und zu einem geringeren Energiebedarf führen.
Diese Vorteile für die Ressourceneffizienz müssen allerdings auch den Herausforderungen am Ende der Nutzungsphase gegenübergestellt werden. Häufig sind hybride Bauteile so fusioniert, dass die stoffliche Auftrennung und die damit verbundene Wiederverwendung der Materialien schwierig ist. Aus diesem Grund erfahren diese Objekte häufig ein Downcycling oder werden der thermischen Verwertung zugeführt.
Durch Innovationen in der additiven Fertigung gibt es mittlerweile auch additive Herstellungsverfahren, die hybride Bauteile herstellen können. Um die spätere Auftrennung der Stoffe zu erleichtern, sollte deshalb eine Simulationssoftware verwendet werden, die zum Beispiel die unterschiedliche Materialauftragung oder den tatsächlichen Bedarf an hybriden Strukturen berechnen kann.