SABIC & Local Motors onderzoeken haalbaarheid van recyclen 3D-geprinte thermoplastische afval voor duurzame productie

Met de wens de circulariteit van grootformaat additive manufacturing (LFAM) te verbeteren, hebben SABIC (Riyad, Saoedi-Arabië), een multinationale chemische productiemaatschappij, en Local Motors (Phoenix, Ariz., VS), een next-generation voertuigfabrikant, een gezamenlijke studie voltooid naar de haalbaarheid van het recyclen van afval thermoplastische onderdelen en schavingen uit het 3D-printproces. De studie verkende duurzamere alternatieven voor storten van grote, geprinte onderdelen in anticipatie op bredere adoptie van LFAM. Het omvatte het analyseren van de printbaarheid en mechanische eigenschappen van SABIC's LNP THERMOCOMP AM-versterkte compound, gebruikt door Local Motors, na printen, herwinnen, malen en herverwerken tot pelletvorm.

De studie bepaalde dat materiaal van post-productie onderdelen en afval potentieel hergebruikt kan worden in LFAM of andere processen, zoals injectiegieten of extrusie, tot bedragen van 100%. Volgens SABIC en Local Motors kunnen deze inzichten helpen een haalbaar pad naar circulariteit en een verlengde levenscyclus voor materialen gebruikt door de LFAM-industrie te identificeren.

"Naarmate adoptie van LFAM versnelt, is het essentieel om duurzame alternatieven te vinden voor het storten van grote, geprinte onderdelen," zegt Walter Thompson, senior applications development engineer, SABIC. "SABIC en Local Motors hebben de praktijkbaarheid onderzocht van het gebruiken van mechanisch gemalen afvalmateriaal en end-of-life [EOL] onderdelen gegenereerd door LFAM. Onze studie toonde groot potentieel voor hergebruik van deze materialen en markeert een eerste stap in het ondersteunen van hergebruik binnen de waardeketen."

"Het bouwen van next-generation voertuigen betekent omarmen van next-generation productieprocessen," voegt Johnny Scotello, director of Technical Product bij Local Motors, toe. "We zijn trots om met SABIC te werken aan het maken van LFAM duurzamer. Waarde toevoegen aan afval of EOL onderdelen is een moeilijke uitdaging, maar de resultaten van deze studie wijzen op een heldere toekomst voor duurzame, circulaire producten."

Uitdagingen van hergebruik grote, geprinte onderdelen

Momenteel bestaat er geen gevestigde waardeketen voor het terugwinnen van post-productie LFAM onderdelen en afval, zeggen SABIC en Local Motors. Deze complexe reeks stappen omvat het managen van de logistiek van lokaliseren, verzamelen en transporteren van grote onderdelen naar een faciliteit capabel van reinigen, snijden, hermalen en herbestemmen van het materiaal.

Een andere uitdaging van hergebruik LFAM materialen is potentiële degradatie door meerdere warmtecycli (malen, her-pelletizen, her-compounden, etc.). Elke stap voegt toe aan de cumulatieve warmtegeschiedenis, wat de polymere ketens neigt te breken en vezellengte te reduceren en prestaties kan beïnvloeden. Deze factoren moeten overwogen worden bij het identificeren van kansen voor materiaalhergebruik.

Studiemethoden en resultaten

De SABIC-Local Motors studie omvatte evaluaties voor printbaarheid, doorvoersnelheid en mechanische eigenschappen. Om printbaarheid te beoordelen, werden zes materiaalmonsters van LNP THERMOCOMP AM compound voorbereid, bevattende 0, 15, 25, 50, 75 en 100% herverwerkte inhoud, respectievelijk. Deze monsters werden gemonitord op veranderingen in doorvoersnelheid en smeltstroomsnelheid op SABIC's Big Area Additive Manufacturing (BAAM) machine van Cincinnati Inc. (CI, Harrison, Ohio, VS) gelegen in het Polymer Processing Development Center van het bedrijf in Pittsfield, Mass. Elk monster werd gebruikt om een single-wall zeshoek te printen, wat SABIC's typische testonderdeelgeometrie is voor verwerking en materiakarakterisering. Alle monsters printen naar verluidt goed, met een gladde, glanzende oppervlakte en rechte, gelijkmatige lagen die geen problemen met materiaalstroom lieten zien.

Voor de mechanische eigenschappen evaluatie, werden monsters uit elk zeshoekige geprint onderdeel gesneden. Deze werden getest op trekkeigenschappen met Test Method D638 als richtlijn, en op buigmodulus met een drie-punt buigtest volgens een gewijzigde ASTM D-790 testmethode. Resultaten toonden uitstekende trekkeigenschappen in de onderdeelmonsters met kleinere percentages hermalen en alleen incrementele dalingen in de monsters die grotere percentages hermalen bevatten. Het 100% hermalen monster ervoer slechts een 20% reductie in trekkeigenschappen in de x-richting en een 15% reductie in de z-richting. Voor buigeigenschappen trad dezelfde graduele trend op, met buigmodulus dalend met slechts 14% in de x-richting en 12% in de z-richting voor het monster met 100% hermalen.

Verwacht, toonden trek- en buigtests afnemende mechanische sterkte als het percentage hermalen toenam. Deze bevinding is typisch voor hermalen gebruikt in andere processen zoals injectiegieten en extrusie.

Uitblik

Deze studie benadrukt de herbruikbaarheid van post-industriële LFAM schavingen en onderdelen. SABIC en Local Motors zeggen dat zowel post-industriële als post-consument afvalmaterialen potentieel voor hergebruik bieden; echter, bestaande gaten in de recyclingswaardeketen moeten gevuld worden voordat dit proces levensvatbaar kan zijn. Een grote collectieve inspanning door de LFAM-gemeenschap, inclusief harsfabrikanten, converters, 3D-printers en recyclers, is nodig om een economische methode te bedenken voor het verzamelen van afval en het converteren ervan naar een herbruikbare vorm.

Het uitvoeren van deze studie met Local Motors en het presenteren van deze resultaten zijn SABIC's eerste stappen in het vinden van een circulaire oplossing voor de LFAM-industrie. Het bedrijf zal binnenkort een rapport voltooien met gedetailleerde data uit de studie. SABIC is toegewijd aan het benutten van Chemistry That Matters om samenwerkingen over de volledige LFAM-waardeketen te ondersteunen om maatschappelijke verantwoordelijkheid, een lagere koolstofvoetafdruk en circulariteit te bevorderen.