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Estudo examina a viabilidade da reciclagem de sucata termoplástica com impressão 3D

O estudo conjunto conduzido pela Sabic e Local Motors descobriu que o material de peças de pós-produção e sucata pode ser reutilizado em manufatura aditiva de grande formato ou outros processos, como moldagem por injeção ou extrusão, em quantidades de até 100%.

Visando o aprimoramento da circularidade da manufatura aditiva de grande formato (LFAM), a fornecedora de materiais Sabic e a fabricante de veículos de próxima geração Local Motors concluíram um estudo conjunto sobre a viabilidade de reciclar sucatas de peças termoplásticas e aparas do processo de impressão 3D.

O estudo explorou alternativas mais sustentáveis ​​para o aterro de grandes peças impressas em antecipação à adoção mais ampla do LFAM. Incluiu a análise da capacidade de impressão e das propriedades mecânicas do composto reforçado LNP Thermocomp AM da Sabic, usado pela Local Motors, depois de ser impresso, recuperado, triturado e reprocessado em forma de pellet. Os compostos LNP Thermocomp AM são baseados em resinas amorfas como ABS, PPE, PC e PEI.

O estudo determinou que o material de peças de pós-produção e sucata pode ser potencialmente reutilizado em LFAM ou outros processos, como moldagem por injeção ou extrusão, em quantidades de até 100%. Esses insights podem ajudar a identificar um caminho viável para a circularidade e um ciclo de vida estendido para materiais usados ​​pela indústria de LFAM.

“À medida que a adoção da manufatura aditiva de grande formato se acelera, é essencial encontrar alternativas sustentáveis ​​para o aterro de grandes peças impressas”, disse Walter Thompson da Sabic, engenheiro sênior de desenvolvimento de aplicações. “A Sabic e a Local Motors investigaram a praticidade de usar sucata moída mecanicamente e peças em fim de vida geradas a partir do LFAM. Nosso estudo mostrou um grande potencial para a reutilização desses materiais e marca um primeiro passo no apoio à reutilização na cadeia de valor ”, disse Thompson.

“Construir veículos de última geração significa adotar processos de fabricação de última geração”, disse Johnny Scotello, Diretor de Produto Técnico da Local Motors. “Estamos orgulhosos de trabalhar com a Sabic para tornar a fabricação de aditivos de grande formato mais sustentável. Agregar valor ao refugo ou peças em fim de vida é um desafio difícil, mas os resultados deste estudo apontam para um futuro brilhante para produtos circulares sustentáveis.”

Desafios de reutilizar grandes peças impressas

Atualmente, não existe uma cadeia de valor estabelecida para a recuperação de peças LFAM de pós-produção e sucata. Essa sequência complexa de etapas inclui o gerenciamento da logística de localização, coleta e transporte de peças grandes para uma instalação capaz de limpar, cortar, reafiar e reaproveitar o material.

Outro desafio de reutilizar materiais LFAM é a degradação potencial de vários ciclos de calor (moagem, repeletização, recomposição e assim por diante). Cada etapa adiciona ao histórico de calor cumulativo, que tende a quebrar as cadeias de polímero e reduzir o comprimento da fibra e pode afetar o desempenho. Esses fatores devem ser considerados ao identificar oportunidades de reutilização de material.

O estudo da Sabic-Local Motors incluiu avaliações de capacidade de impressão, rendimento e propriedades mecânicas. Para avaliar a capacidade de impressão, seis amostras de materiais do composto LNP Thermocomp AM foram preparadas, contendo 0, 15, 25, 50, 75 e 100% de conteúdo reprocessado, respectivamente. Essas amostras foram monitoradas quanto a mudanças no rendimento e na taxa de fluxo de fusão na máquina Big Area Additive Manufacturing (BAAM) da Sabic da Cincinnati Inc., localizada no Polymer Processing Development Center da empresa em Pittsfield, MA. Cada amostra foi usada para imprimir um hexágono de parede única, que é a geometria de peça de teste típica da Sabic para processamento e caracterização de material. Todas as amostras foram impressas bem, com uma superfície lisa, brilhante e em camadas retas e regulares que não demonstraram problemas com o fluxo do material.

Propriedades mecânicas dos materiais de teste

Para a avaliação das propriedades mecânicas, os corpos-de-prova foram cortados de cada peça hexagonal impressa. Estes foram testados para propriedades de tração usando o método de teste D638 como uma diretriz, e para módulo de flexão usando um teste de flexão de três pontos seguindo um método de teste ASTM D-790 modificado. Os resultados mostraram excelentes propriedades de tração nas amostras de peças contendo menores porcentagens de material reciclado e apenas declínios incrementais nas amostras que incluíram maiores porcentagens de material reciclado. A amostra 100% reciclada experimentou apenas uma redução de 20% nas propriedades de tração na direção xe uma redução de 15% na direção z. Para propriedades de flexão, a mesma tendência gradual ocorreu, com o módulo de flexão diminuindo em apenas 14% na direção xe 12% na direção z para a amostra contendo 100% de material reciclado.

Como esperado, os testes de tração e flexão mostraram diminuição da resistência mecânica à medida que a porcentagem de material reciclado aumentava. Esse achado é típico de moído usado em outros processos, como moldagem por injeção e extrusão.

Este estudo destaca a reutilização de aparas e peças LFAM pós-industriais. Os materiais de sucata pós-industrial e pós-consumo oferecem potencial para reutilização; no entanto, as lacunas existentes na cadeia de valor da reciclagem precisam ser preenchidas antes que esse processo seja viável. Um grande esforço coletivo da comunidade LFAM, incluindo fabricantes de resina, conversores, impressoras 3D e recicladores, é necessário para desenvolver um método econômico de coleta de sucata e convertê-la em uma forma reutilizável.

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