SABIC, Local Motors voeren haalbaarheidsstudie uit voor opnieuw verwerkte, 3D-geprinte thermoplastische onderdelen en spaanders

Met de wens om de circulariteit van grootformaat additive manufacturing (LFAM), SABIC (Riyadh, Saoedi-Arabië), een multinationaal chemisch productiebedrijf, en Local Motors (Phoenix, Ariz., VS), een voertuigfabrikant van de volgende generatie, te verbeteren, een gezamenlijke studie afgerond naar de haalbaarheid van het recyclen van thermoplastische schrootdelen en spaanders uit het 3D-printproces. De studie onderzocht duurzamere alternatieven voor het storten van grote, bedrukte onderdelen in afwachting van een bredere acceptatie van LFAM. Het omvatte het analyseren van de bedrukbaarheid en mechanische eigenschappen van SABIC's LNP THERMOCOMP AM-versterkte compound, gebruikt door Local Motors, nadat deze was geprint, teruggewonnen, gemalen en opnieuw verwerkt tot pelletvorm.

Het onderzoek heeft uitgewezen dat materiaal van post-productie onderdelen en schroot potentieel kan worden hergebruikt in LFAM of andere processen, zoals spuitgieten of extrusie, in hoeveelheden tot 100%. Volgens SABIC en Local Motors kunnen deze inzichten helpen bij het identificeren van een haalbaar pad naar circulariteit en een langere levenscyclus voor materialen die worden gebruikt door de LFAM-industrie.

"Naarmate de acceptatie van LFAM versnelt, is het essentieel om duurzame alternatieven te vinden voor het storten van grote, bedrukte onderdelen", zegt Walter Thompson, senior ingenieur applicatieontwikkeling bij SABIC. “SABIC en Local Motors hebben de bruikbaarheid onderzocht van het gebruik van mechanisch vermalen schrootmateriaal en end-of-life [EOL]-onderdelen die zijn gegenereerd uit LFAM. Ons onderzoek toonde een groot potentieel voor hergebruik van deze materialen en markeert een eerste stap in het ondersteunen van hergebruik binnen de waardeketen.”

"Het bouwen van voertuigen van de volgende generatie betekent het omarmen van productieprocessen van de volgende generatie", voegt Johnny Scotello, directeur Technisch Product bij Local Motors, toe. “We zijn trots om met SABIC samen te werken om LFAM duurzamer te maken. Waarde toevoegen aan schroot- of EOL-onderdelen is een moeilijke uitdaging, maar de resultaten van dit onderzoek wijzen op een mooie toekomst voor duurzame, circulaire producten.”

Uitdagingen bij het hergebruiken van grote, bedrukte onderdelen

Momenteel bestaat er geen gevestigde waardeketen voor het terugwinnen van post-productie LFAM-onderdelen en schroot, aldus SABIC en Local Motors. Deze complexe opeenvolging van stappen omvat het beheer van de logistiek van het lokaliseren, verzamelen en transporteren van grote onderdelen naar een faciliteit die in staat is om het materiaal te reinigen, snijden, opnieuw te slijpen en opnieuw te gebruiken.

Een andere uitdaging bij het hergebruik van LFAM-materialen is mogelijke degradatie door meerdere warmtecycli (slijpen, opnieuw pelletiseren, opnieuw samenstellen, enz.). Elke stap draagt ​​bij aan de cumulatieve warmtegeschiedenis, die de neiging heeft om de polymeerketens af te breken en de vezellengte te verminderen en de prestaties kan beïnvloeden. Met deze factoren moet rekening worden gehouden bij het identificeren van mogelijkheden voor materiaalhergebruik.

Studiemethoden en resultaten

De SABIC-Local Motors-studie omvatte evaluaties voor bedrukbaarheid, doorvoer en mechanische eigenschappen. Om de bedrukbaarheid te beoordelen, werden zes materiaalmonsters van LNP THERMOCOMP AM-verbinding bereid, die respectievelijk 0, 15, 25, 50, 75 en 100% opgewerkte inhoud bevatten. Deze monsters werden gecontroleerd op veranderingen in doorvoer en smeltstroomsnelheid op SABIC's Big Area Additive Manufacturing (BAAM)-machine van Cincinnati Inc. (CI, Harrison, Ohio, VS) in het Polymer Processing Development Center van het bedrijf in Pittsfield, Massachusetts. Elk monster werd gebruikt om een ​​enkelwandige zeshoek te printen, wat SABIC's typische testonderdeelgeometrie is voor verwerking en materiaalkarakterisering. Alle monsters waren naar verluidt goed geprint, met een glad, glanzend oppervlak en rechte, gelijkmatige lagen die geen problemen vertoonden met de materiaalstroom.

Voor de evaluatie van de mechanische eigenschappen werden monsters gesneden uit elk hexagonaal gedrukt onderdeel. Deze werden getest op trekeigenschappen met behulp van testmethode D638 als richtlijn en op buigmodulus met behulp van een driepuntsbuigtest volgens een gewijzigde ASTM D-790-testmethode. De resultaten toonden uitstekende trekeigenschappen in de deelmonsters met kleinere percentages maalgoed en alleen incrementele afnames in de monsters met grotere percentages maalgoed. Het 100 % maalgoed monster ondervond slechts een vermindering van 20% in trekeigenschappen in de x-richting en een vermindering van 15% in de z-richting. Voor buigeigenschappen trad dezelfde geleidelijke trend op, waarbij de buigmodulus met slechts 14% afnam in de x-richting en 12% in de z-richting voor het monster dat 100% maalgoed bevatte.

Zoals verwacht lieten trek- en buigtesten een afnemende mechanische sterkte zien naarmate het percentage maalgoed toenam. Deze bevinding is typerend voor maalgoed dat wordt gebruikt in andere processen zoals spuitgieten en extrusie.

Vooruitkijken

Deze studie benadrukt de herbruikbaarheid van post-industriële LFAM-spaanders en onderdelen. SABIC en Local Motors zeggen dat zowel post-industriële als post-consumer afvalmaterialen potentieel voor hergebruik bieden; bestaande lacunes in de recyclingwaardeketen moeten echter worden opgevuld voordat dit proces levensvatbaar kan zijn. Een grote collectieve inspanning van de LFAM-gemeenschap, waaronder harsfabrikanten, converters, 3D-printers en recyclers, is nodig om een ​​economische methode te bedenken om schroot in te zamelen en om te zetten in een herbruikbare vorm.

Het uitvoeren van dit onderzoek met Local Motors en het presenteren van deze resultaten zijn de eerste stappen van SABIC in het vinden van een circulaire oplossing voor de LFAM-industrie. Het bedrijf zal binnenkort een rapport opstellen met gedetailleerde gegevens uit het onderzoek. SABIC zet zich in om Chemistry That Matters te gebruiken om samenwerkingen in de volledige LFAM-waardeketen te ondersteunen om sociale verantwoordelijkheid, een lagere CO2-voetafdruk en circulariteit te helpen bevorderen.