SABIC, Local Motors проводят технико-экономическое обоснование переработанных, напечатанных на 3D-принтере термопластичных деталей и стружки

Стремясь повысить эффективность широкоформатного аддитивного производства (LFAM), SABIC (Эр-Рияд, Саудовская Аравия), международная химическая производственная компания, и Local Motors (Феникс, Аризона, США), производитель автомобилей нового поколения, завершили совместное исследование возможности переработки лома деталей из термопласта и стружки, полученной в процессе 3D-печати. В исследовании изучались более устойчивые альтернативы захоронению больших печатных деталей в ожидании более широкого внедрения LFAM. Он включал анализ пригодности для печати и механических свойств армированного компаунда LNP THERMOCOMP AM компании SABIC, используемого Local Motors, после печати, восстановления, измельчения и переработки в форму гранул.

Исследование показало, что материал из деталей и лома после производства потенциально может быть повторно использован в LFAM или других процессах, таких как литье под давлением или экструзия, в количестве до 100%. По мнению SABIC и Local Motors, эти идеи могут помочь определить возможный путь к замкнутости и продлению жизненного цикла материалов, используемых в индустрии LFAM.

«Поскольку внедрение LFAM ускоряется, важно найти устойчивые альтернативы вывозу на свалку больших печатных деталей», - говорит Уолтер Томпсон, старший инженер по разработке приложений, SABIC. «SABIC и Local Motors исследовали практичность использования механически измельченного лома и деталей с истекшим сроком службы [EOL], полученных из LFAM. Наше исследование показало большой потенциал для повторного использования этих материалов и знаменует собой первый шаг в поддержке повторного использования в цепочке создания стоимости ».

«Создание автомобилей следующего поколения означает использование производственных процессов нового поколения», - добавляет Джонни Скотелло, директор по техническим продуктам Local Motors. «Мы гордимся тем, что работаем с SABIC над тем, чтобы сделать LFAM более устойчивым. Повышение ценности металлолома или запчастей EOL - сложная задача, но результаты этого исследования указывают на светлое будущее экологически устойчивой продукции круглого сечения ».

Проблемы повторного использования больших печатных деталей

В настоящее время не существует установленной цепочки создания стоимости для утилизации запчастей и лома LFAM после производства, говорят SABIC и Local Motors. Эта сложная последовательность шагов включает в себя управление логистикой по обнаружению, сбору и транспортировке крупных деталей на предприятие, способное очищать, резать, перетирать и перепрофилировать материал.

Другой проблемой повторного использования материалов LFAM является потенциальная деградация из-за нескольких циклов нагрева (измельчение, повторное гранулирование, повторное смешивание и т. Д.). Каждый шаг увеличивает совокупную тепловую историю, которая имеет тенденцию к разрыву полимерных цепей и уменьшению длины волокна, а также может повлиять на производительность. Эти факторы следует учитывать при определении возможностей повторного использования материалов.

Методы и результаты исследования

Исследование SABIC-Local Motors включало оценку пригодности для печати, производительности и механических свойств. Чтобы оценить пригодность для печати, были приготовлены шесть образцов материала LNP THERMOCOMP AM, содержащих 0, 15, 25, 50, 75 и 100% повторно обработанного содержимого, соответственно. Эти образцы отслеживались на предмет изменений производительности и скорости потока расплава на машине SABIC Big Area Additive Manufacturing (BAAM) от Cincinnati Inc. (CI, Харрисон, Огайо, США), расположенной в Центре разработки полимеров компании в Питтсфилде, штат Массачусетс. был использован для печати одностенного шестиугольника, который является типичной геометрией испытательной детали SABIC для обработки и определения характеристик материала. Сообщается, что все образцы напечатаны хорошо, с гладкой, блестящей поверхностью и прямыми, ровными слоями, которые не вызывают проблем с потоком материала.

Для оценки механических свойств из каждой шестиугольной печатной детали вырезали образцы. Они были испытаны на свойства при растяжении с использованием метода испытаний D638 в качестве руководства и на модуль упругости при изгибе с использованием испытания на трехточечный изгиб по модифицированному методу испытаний ASTM D-790. Результаты показали отличные свойства при растяжении в образцах деталей, содержащих меньший процент повторного измельчения, и только постепенное снижение в образцах, которые включали большее количество повторного измельчения. У образца со 100% -ным повторным измельчением наблюдается только 20% -ное снижение свойств при растяжении в направлении оси x и уменьшение на 15% в направлении оси z. Что касается свойств изгиба, то наблюдалась та же постепенная тенденция с уменьшением модуля упругости при изгибе всего на 14% в направлении оси x и на 12% в направлении оси z для образца, содержащего 100% переточки.

Как и ожидалось, испытания на растяжение и изгиб показали снижение механической прочности по мере увеличения процента переточки. Этот результат типичен для измельчения, используемого в других процессах, таких как литье под давлением и экструзия.

Взгляд в будущее

В этом исследовании подчеркивается возможность повторного использования стружки и деталей из LFAM в постиндустриальный период. SABIC и Local Motors заявляют, что отходы постиндустриального и постпотребительского производства имеют потенциал для повторного использования; однако существующие пробелы в цепочке создания стоимости вторичной переработки необходимо заполнить, прежде чем этот процесс станет жизнеспособным. Требуются большие коллективные усилия сообщества LFAM, включая производителей смол, преобразователей, 3D-принтеров и переработчиков, для разработки экономичного метода сбора лома и его преобразования в форму, пригодную для повторного использования.

Проведение этого исследования с Local Motors и представление этих результатов - первые шаги SABIC в поиске кругового решения для индустрии LFAM. В ближайшее время компания завершит отчет, содержащий подробные данные исследования. SABIC стремится использовать Chemistry That Matters для поддержки сотрудничества по всей производственно-сбытовой цепочке LFAM, чтобы способствовать социальной ответственности, снижению выбросов углекислого газа и цикличности.