Sostenibilità della stampa 3D: riciclo degli scarti termoplastici

Per migliorare il livello di circolarità nell’additive manufacturing di grande formato (LFAM), l'azienda chimica Sabic e il produttore di veicoli di nuova generazione Local Motors hanno realizzato uno studio congiunto sulla fattibilità del riciclo di pezzi termoplastici di scarto e di trucioli dal processo di stampa 3D.

Lo studio ha esplorato alternative più sostenibili rispetto all'invio in discarica di pezzi stampati di grandi dimensioni, in previsione di una più ampia adozione dell'LFAM.

Lo studio ha riguardato l'analisi della stampabilità e delle proprietà meccaniche del compound rinforzato AM Lnp Thermocomp di Sabic, usato da Local Motors, dopo essere stato stampato, recuperato, macinato e rilavorato in forma di pellet.

Lo studio ha determinato che il materiale proveniente da pezzi e scarti di post-produzione può essere potenzialmente riutilizzato in LFAM o in altri processi, come lo stampaggio a iniezione o l'estrusione, in quantità fino al 100%.

Questi elementi possono aiutare a identificare un percorso fattibile verso la circolarità e un ciclo di vita esteso per i materiali usati dal settore LFAM.

Attualmente, non esiste una filiera consolidata per il recupero dei pezzi e degli scarti LFAM post-produzione.

Questa complessa sequenza di passaggi implica la gestione della logistica dalla localizzazione, alla raccolta e al trasporto di pezzi di grandi dimensioni, fino ad una struttura in grado di pulire, tagliare, rimacinare e riutilizzare il materiale.

Un'altra sfida nel riutilizzo di materiali LFAM è il potenziale degrado dovuto a cicli termici multipli (macinazione, ri-pellettizzazione, ri-compounding)

Ogni passaggio si aggiunge in un percorso che accumula l'effetto del calore, che tende a rompere le catene polimeriche e a ridurre la lunghezza delle fibre, influenzando così le prestazioni. Questi fattori dovrebbero essere tenuti in considerazione quando si valutano le opportunità di riutilizzo del materiale.

Lo studio Sabic-Local Motors ha riguardato valutazioni per la stampabilità, la produttività e le proprietà meccaniche.

Per valutare la stampabilità, sono stati preparati sei campioni di materiale del compound LNP Thermocomp AM, contenenti rispettivamente lo 0, 15, 25, 50, 75 e 100 per cento di materiale riprocessato.

Questi campioni sono stati esaminati sotto l’aspetto dei cambiamenti nella produttività e nella velocità di scorrimento del fuso sulla macchina Big Area Additive Manufacturing (BAAM) di Sabic della Cincinnati situata nel Polymer Processing Development Center della società a Pittsfield, Massachussets.

Ogni campione è stato utilizzato per stampare un esagono a parete singola, che è la geometria tipica del pezzo di prova di Sabic per la lavorazione e la caratterizzazione del materiale. Tutti i campioni sono risultati ben stampati, con una superficie liscia e lucida, con strati lineari e uniformi che non hanno evidenziato problemi nello scorrimento del materiale.

Per la valutazione delle proprietà meccaniche, sono stati tagliati dei campioni da ogni pezzo esagonale stampato. Questi sono stati testati per le proprietà di trazione usando come riferimento il metodo di prova D638, ed effettuando un test di piegatura a tre punti, per il modulo di flessione, secondo un metodo di prova ASTM D-790 modificato.

I risultati hanno indicato eccellenti proprietà di trazione nei campioni di pezzi contenenti piccole percentuali di rimacinato e diminuzioni soltanto incrementali nei campioni che includevano quote maggiori di rimacinato.

Il campione rimacinato al 100% ha subito solo una riduzione del 20% nelle proprietà di trazione in direzione X e una riduzione del 15% in direzione Z.

Nel campione contenente il 100% di rimacinato, si è verificata la stessa tendenza graduale per le proprietà di flessione, con un calo del modulo di flessione di appena il 14% nella direzione X e del 12% nella direzione Z.

Come ci si attendeva, i test di trazione e flessione hanno mostrato una resistenza meccanica decrescente all'aumentare della percentuale di rimacinato. Questo risultato è tipico del rimacinato anche in altri processi come lo stampaggio a iniezione e l'estrusione.

Lo studio evidenzia la riutilizzabilità dei trucioli e dei pezzi LFAM post-industriali.

Sia i materiali di scarto post-industriali che quelli post-consumo offrono un potenziale per il riutilizzo; tuttavia, le lacune esistenti nella filiera del riciclaggio devono essere colmate affinché questo processo possa divenire praticabile.

È necessario un grande sforzo collettivo da parte della comunità LFAM, che coinvolga anche i produttori di resina, i trasformatori, gli stampatori 3D e i riciclatori, per individuare un metodo economicamente sostenibile per il recupero degli scarti e la loro conversione in un materiale riutilizzabile.

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