Der Druck bzw. die additive Fertigung ist in vielen Unternehmen längst nicht mehr reine Nischenanwendung, sondern Teil ihrer industriellen Herstellungs- und Entwicklungsprozesse – wie das Spritzgießen oder die Metallbearbeitung mit CNC-Maschinen. Schnell kommen einem dabei komplexe Bauteile aus Metall oder das Prototyping von Kunststoffteilen in Automobilen in den Sinn. Die wenigsten würden den 3D-Druck jedoch mit dem Material Holz in Verbindung bringen. Das Chemnitzer Start-up ligenium möchte das zusammen mit Forschungspartnern ändern.
Angesichts steigender Anforderungen an Klimaschutz und Ressourcenschonung werden nachhaltige Materialien auch in der Verpackungs- und Logistikbranche immer wichtiger. „Im Zuge der zunehmenden Herausforderungen in der unternehmensbezogenen und der jeweiligen vor- und nachgelagerten Wertschöpfungskette (Scope 2 bzw. 3) die CO2-Emissionen zu reduzieren, bietet Holz als Rohstoff einen grundlegend neuen Ansatz, das technische Produkt mit einem positiven CO2-Footprint an den Endnutzer auszuliefern“, erläutert Christoph Alt, Geschäftsführer von ligenium.
Dem Unternehmen gelingt es, mit seinem Stecksystem bereits, holzbasierte Werkstoffe so zu modifizieren, dass sie im industriellen Alltag robust, langlebig und präzise einsetzbar sind. „Der Kreislauf unserer eingesetzten Holzwerkstoffe ist ein echter stofflicher Kreislauf – keine thermische Verwertung. Wir setzen Holz nicht nur nachhaltig ein, sondern halten es aktiv im Umlauf. Unsere Ladungsträger werden zum Teil bereits ein drittes Mal umgebaut und gezielt an neue Anforderungen angepasst“, sagt Christoph Alt.
Der Einsatz von Reststoffen im 3D-Druck erweitert die Kreislauffähigkeit konsequent. „Im additiven Verfahren eröffnet der Reststoff zahlreiche Möglichkeiten, den CO₂-Footprint zu senken und gleichzeitig Ressourcen zu schonen“, erläutert Christoph Alt. Der geplante additive Prozess fügt sich dabei nahtlos in den Reuse-Ansatz von ligenium ein: Direkt am Ort der Reststoffentstehung soll ein geschlossener Kreislauf entstehen. „Bei der CNC-Bearbeitung unseres Werkstoffs fallen auch feine Späne an. Diese können unmittelbar vor Ort genutzt werden, um holzbasierte, additiv gefertigte Strukturen herzustellen“, betont Alt.
Die additive Fertigung auf Basis von Holzspänen ist zugleich ein zentraler Bestandteil der Bio-Circular-Economy-Strategie von ligenium. Für alle Produkte sei vorgesehen, einen sogenannten Sustainable Digital Twin zu entwickeln, der dem Kunden innerhalb der digitalen Lieferkette transparente Nachhaltigkeitskennzahlen zur Verfügung stellt. Dabei gehe es auch um die Emissionen im Scope 3 – also um Herstellung und vor- und nachgelagerte Wertschöpfungsketten der jeweiligen Logistiklösung. Die Nutzung der Reststoffe direkt im 3D-Druck bei der ligenium GmbH würde diesen Footprint nochmals deutlich verbessern. Ziel sei es, dass 100 Prozent des eingesetzten Holz-Rohstoffeinsatzes auch 100 Prozent Wertschöpfung erhalten. Einen ersten Werkstückträger basierend auf dieser Technologie hat das Unternehmen auf der FACHPACK 2025 vorgestellt.
Der Prototyp für den Werkstückträger aus dem 3D-Drucker wurde vom Technologieträger Addwood und dessen Projektteam in Dresden entwickelt. Das Addwood-Projekt startete 2020 und wird durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert. Ziel ist die Entwicklung eines Werkstoffs, der ausschließlich aus natürlichen Inhaltsstoffen besteht und auf Reststoffen aus der Holzverarbeitung basiert.
Sägemehl wird dabei mit einem wasserlöslichen, natürlichen Bindemittel zu einer pastösen Masse verarbeitet, die sich für die additive Fertigung eignet. Der gesamte Prozess ist auf einen möglichst geringen Energieverbrauch ausgelegt: Die gedruckten Objekte werden nicht erhitzt, sondern mithilfe eines Kaltluftstroms getrocknet.
Das Verfahren ist vollständig kreislauffähig: Die gefertigten Bauteile lassen sich nach ihrer Nutzung zerkleinern und erneut als Ausgangsmaterial für weitere Druckprozesse einsetzen. Eine Festigkeit auf dem Niveau von Spanplatten bei gleichzeitig geringerer Dichte eröffnet zusätzliche Gestaltungsspielräume.
„Der angedachte 3D-Druck aus Späne-Resten in einer pastösen Masse eignet sich in erster Linie für geringer beanspruchte formschlüssige Aufnahmen für den internen automatisierten Bauteiltransport“, erklärt Christoph Alt, „z. B. als Bauteilaufnahme auf einem Werkstückträger innerhalb einer Automatisierungsanlage“. Die jeweilige Bauteilaufnahme werde konstruiert, anschließend regulär gedruckt und getrocknet und danach in den Werkstückträger oder als Bauteilaufnahme in den Ladungsträger integriert.
Mit Blick auf den Übergang in die Serienfertigung additiv gefertigter Holzbauteile sieht Alt aktuell vor allem regulatorische und technische Herausforderungen. Eine der zentralen Hürden ist die CE-Konformität im Rahmen der Maschinenrichtlinie. Für die eingesetzten Materialien existiert derzeit noch keine belastbare Materialdatenbank. Abhängig von der jeweiligen Beanspruchung kann somit noch kein rein rechnerischer Nachweis zur sicheren Risikobewertung geführt werden. Der Einsatz der Bauteile muss daher aktuell versuchsgestützt validiert werden. Genau hier setzt die Entwicklungskompetenz von ligenium an, die gemeinsam mit einem starken Partnernetzwerk aus der holzbasierten Forschung die erforderlichen Nachweise und Grundlagen schaffen kann.
Trotz dieser Herausforderungen ist die Richtung klar: Der 3D-Druck mit holzbasierten Reststoffen zeigt, welches Potenzial in der Verbindung von additiver Fertigung, Kreislaufwirtschaft und regionaler Wertschöpfung steckt. Holz wird damit nicht nur als Werkstoff neu gedacht, sondern als aktiver Baustein einer ressourceneffizienten, zirkulären Industrie.
Autor: Alexander Stark, Redakteur FACHPACK360°
