SABIC и Local Motors изучают переработку 3D-печатных термопластиковых отходов для устойчивого производства

С желанием улучшить циркулярность крупноформатного аддитивного производства (LFAM), SABIC (Эр-Рияд, Саудовская Аравия), мультинациональная химическая компания, и Local Motors (Финикс, штат Аризона, США), производитель транспортных средств следующего поколения, завершили совместное исследование реализуемости переработки отходов термопластиковых деталей и стружки из процесса 3D-печати. Исследование изучало более устойчивые альтернативы захоронению крупных напечатанных деталей в преддверии более широкого внедрения LFAM. Включало анализ печатаемости и механических свойств композита LNP THERMOCOMP AM от SABIC, используемого Local Motors, после печати, регенерации, измельчения и переработки в гранулы.

Исследование определило, что материал из пост-производственных деталей и отходов потенциально может быть повторно использован в LFAM или других процессах, таких как литье под давлением или экструзия, в количествах до 100%. По словам SABIC и Local Motors, эти инсайты могут помочь выявить реализуемый путь к циркулярности и расширенному жизненному циклу материалов, используемых в отрасли LFAM.

«По мере ускорения внедрения LFAM, необходимо находить устойчивые альтернативы захоронению крупных напечатанных деталей», — говорит Уолтер Томпсон, старший инженер по разработке приложений, SABIC. «SABIC и Local Motors исследовали практичность использования механически измельченного отходного материала и end-of-life [EOL] деталей, генерируемых LFAM. Наше исследование показало большой потенциал повторного использования этих материалов и стало первым шагом в поддержке повторного использования в цепочке ценности».

«Строить транспорт следующего поколения — значит принимать производство следующего поколения», — добавляет Джонни Скоттелло, директор технического продукта в Local Motors. «Гордимся работой с SABIC в делая LFAM более устойчивым. Принесение ценности отходов или EOL деталям — сложный вызов, но результаты указывают на светлое будущее для устойчивых, циркулярных продуктов».

Вызовы повторного использования крупных напечатанных деталей

Сейчас не существует установленной цепочки ценности для регенерации пост-производственных деталей LFAM и отходов, говорят SABIC и Local Motors. Эта сложная последовательность шагов включает управление логистикой локализации, сбора и транспортировки крупных деталей к объекту, способному очищать, резать, перемалывать и перепрофилировать материал.

Другой вызов повторного использования материалов LFAM — потенциальная деградация от множественных тепловых циклов (измельчение, ре-гранулирование, ре-компаундинг и т.д.). Каждый шаг добавляет к кумулятивной тепловой истории, которая склонна разрывать полимерные цепочки и сокращать длину волокна и может влиять на производительность. Эти факторы следует учитывать при выявлении возможностей повторного использования материалов.

Методы и результаты исследования

Исследование SABIC-Local Motors включало оценки печатаемости, пропускной способности и механических свойств. Для оценки печатаемости подготовили шесть материальных образцов композита LNP THERMOCOMP AM, содержащих 0, 15, 25, 50, 75 и 100% регенерационного содержимого соответственно. Эти образцы мониторили на изменения пропускной способности и скорости течения расплава на машине Big Area Additive Manufacturing (BAAM) Cincinnati Inc. (CI, Харрисон, штат Огайо, США) в Центре разработки полимерной обработки SABIC в Питсфилде, штат Массачусетс. Каждый образец использовался для печати одностенной шестигранника — типичной тестовой геометрии SABIC для процессной и материальной характеристики. Все образцы якобы напечатались хорошо, с гладкой, блестящей поверхностью и прямыми, равномерными слоями, демонстрирующими отсутствие проблем с потоком материала.

Для оценки механических свойств образцы вырезали из каждой напечатанной шестигранной детали. Тестировали на растяжение по методу D638 как руководству, и на изгибный модуль по трехточечному изгибу по модифицированному методу ASTM D-790. Результаты показали отличные растяжимые свойства в образцах с меньшими процентами регрина и только инкрементальные снижения в образцах с большими процентами регрина. Образец с 100% регрином испытал лишь 20% снижение растяжимых свойств в x-направлении и 15% в z-направлении. Для изгибных свойств тот же постепенный тренд: изгибный модуль снизился всего на 14% в x-направлении и 12% в z-направлении для образца с 100% регрином.

Как ожидалось, растяжение и изгиб показывали убывающую механическую прочность с ростом процента регрина. Этот вывод типичен для регрина, используемого в других процессах вроде литья под давлением и экструзии.

Взгляд вперед

Это исследование подчеркивает повторное использование пост-индустриальных стружки и деталей LFAM. SABIC и Local Motors говорят, что и пост-индустриальные, и пост-потребительские отходы предлагают потенциал для повторного использования; однако существующие пробелы в цепочке переработки нужно заполнить, прежде чем процесс станет жизнеспособным. Крупный коллективный усилие сообщества LFAM, включая производителей смол, конвертеров, 3D-принтеров и переработчиков, необходимо для разработки экономичного метода сбора отходов и конвертации в повторно используемую форму.

Проведение этого исследования с Local Motors и представление результатов — первые шаги SABIC в поиске циркулярного решения для отрасли LFAM. Компания скоро завершит отчет с детальными данными исследования. SABIC предана использованию Chemistry That Matters для поддержки коллабораций по всей цепочке ценности LFAM для продвижения социальной ответственности, снижения углеродного следа и циркулярности.