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Hallo, wir sind ein Team von drei Schülern der Höheren Abteilung für Maschinenbau – Robotik & Smart Engineering am Technologischen Gewerbemuseum (TGM) in Wien, Österreich, und entwickeln im Rahmen unserer Diplomarbeit eine Desktop-Filamentrecyclingmaschine. Als aktive Nutzer des 3D-Drucks sehen wir, wie schnell sich Filamentabfall durch Fehldrucke, übrig gebliebene Spulenreste und Stützstrukturen ansammelt.
Obwohl dieser Abfall nach wie vor ein wertvolles Material darstellt, haben die meisten Anwender keine praktische Möglichkeit, ihn zu Hause zu recyceln. Diese Lücke wurde zum Ausgangspunkt für unser Projekt: die Konstruktion einer kompakten Desktop-Maschine, die PLA- und PETG-Filamentabfälle in neues, druckbares Filament umwandelt und die Wiederverwendung von Materialien zugänglicher macht.
Ein integrierter Ansatz für das Systemdesign
Die gesamte Maschine wurde mit Autodesk Inventor Professional 2026 konstruiert. Während des gesamten Entwicklungsprozesses kombinieren wir Maschinenbau, Elektrotechnik, Programmierung und Materialwissenschaft. Dieser interdisziplinäre Ansatz ermöglicht es uns, das System als Ganzes und nicht als eine Ansammlung isolierter Komponenten zu betrachten.
Neben der Reduzierung der Umweltbelastung zielt das Projekt darauf ab, den 3D-Druck kostengünstiger zu machen. Durch das Recyceln des eigenen Materials können die Anwender die Abhängigkeit von neuen Filamentspulen verringern und eine bessere Kontrolle über den Materialverbrauch erlangen.
Recyclingprozess und Maschinenbetrieb
Die Maschine verarbeitet zuvor zerkleinerte Filamentabfälle aus PLA oder PETG. Diese kleinen Fragmente werden in einen Trichter eingefüllt und in eine beheizte Extrusionseinheit geleitet. Das Herzstück dieses Systems ist eine komplex konstruierte Extruderschnecke, die von Xometry mittels CNC-Bearbeitung aus Stahl 1.0038 / S235JR gefertigt wurde.
Während sich die Schnecke dreht, transportiert sie das Material durch den Zylinder, verdichtet und schmilzt es, bis eine homogene Polymerschmelze entsteht. Diese Schmelze wird dann durch eine präzisionsgefertigte Düse gepresst, wodurch ein kontinuierliches Filament mit einem definierten und gleichmäßigen Durchmesser entsteht.
Nach dem Verlassen der Düse durchläuft das Filament eine Kühlstrecke, in der es vollständig erstarrt. Anschließend wird es in einen automatischen Wickelmechanismus geleitet, der das Filament gleichmäßig auf eine Standard-Filamentspule wickelt.
How the System Is Divided Into Engineering Modules
Das Projekt ist in klar definierte Konstruktionsmodule strukturiert, die jeweils die unterschiedlichen technischen Anforderungen des Gesamtsystems widerspiegeln.
Die Entwicklung der Extrusionseinheit konzentriert sich auf die Extruderschnecke, die Heizelemente, die Düsenschnittstelle und die Antriebskomponenten. Dieses Modul erfordert eine präzise geometrische Konstruktion sowie ein solides Verständnis des Materialflussverhaltens und der Wärmeübertragung innerhalb des Extrusionsprozesses.
Der Maschinenrahmen und das Gehäuse werden parallel dazu konstruiert, wobei detaillierte thermische Simulationen mit Inventor Nastran durchgeführt werden. Diese Analysen dienen dazu, die Wärmeverteilung im gesamten System zu bewerten und sicherzustellen, dass temperaturempfindliche Komponenten während des Betriebs ausreichend geschützt sind.
Die Arbeiten am Wickelmechanismus und an den elektronischen Systemen umfassen die Sensorintegration, die Steuerungshardware, die Programmierung der Temperaturregelung und die Implementierung eines sicheren und zuverlässigen Filamentwickelprozesses. Zusammen gewährleisten diese Elemente eine konsistente Filamenthandhabung und einen stabilen Betrieb der Maschine als Ganzes.
Projektergebnisse und wichtigste Erkenntnisse
Dieses Projekt zeigt, wie praktische Ingenieursarbeit im Rahmen einer technischen Ausbildung umgesetzt werden kann und gleichzeitig eine praxisnahe technische Herausforderung löst. Durch die Kombination von Maschinenbau, Elektronik, Materialwissenschaft und digitalem Design haben wir eine funktionstüchtige Filament-Recyclingmaschine entwickelt, die sowohl ökologischen als auch wirtschaftlichen Mehrwert bietet.
Die Bewältigung der technischen Herausforderungen – vom Extrusionsverhalten und Wärmemanagement bis hin zu Steuerungssystemen und der Filamentwicklung – ermöglichte es uns, ein komplexes System mit klarer Relevanz für den 3D-Druck-Alltag aufzubauen. Gleichzeitig lieferte das Projekt praktische Erfahrung darüber, wie verschiedene Ingenieursdisziplinen zusammenwirken, um ein Konzept in eine funktionierende Maschine zu verwandeln.
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