Sabic y Local Motors realizan estudian cómo reciclar piezas termoplásticas procedentes de la impresión 3D
Con el deseo de mejorar la circularidad de la fabricación aditiva de gran formato (LFAM), Sabic, especialista mundial en la industria química, y Local Motors, fabricante de vehículos de última generación, completaron un estudio conjunto sobre la viabilidad del reciclaje de piezas termoplásticas de desecho y virutas del proceso de impresión 3D.
El estudio exploró alternativas más sostenibles al vertido de piezas impresas de gran tamaño en previsión de una mayor adopción de la LFAM. Incluyó el análisis de la imprimibilidad y las propiedades mecánicas del compuesto reforzado LNP ThermoComp AM de Sabic, utilizado por Local Motors, después de ser impreso, recuperado, molido y reprocesado en forma de pellets. El estudio determinó que el material de las piezas de posproducción y de los desechos puede ser potencialmente reutilizado en LFAM u otros procesos, como el moldeo por inyección o la extrusión, en cantidades de hasta el 100%. Esta información puede ayudar a identificar un camino factible hacia la circularidad y un ciclo de vida ampliado para los materiales utilizados por la industria LFAM.
“A medida que se acelera la adopción de la fabricación aditiva de gran formato, es esencial encontrar alternativas sostenibles al vertido de piezas impresas de gran tamaño”, afirma Walter Thompson, ingeniero senior de Desarrollo de Aplicaciones de Sabic. “Sabic y Local Motors han investigado la viabilidad de utilizar el material de desecho triturado mecánicamente y las piezas al final de su vida útil generadas por LFAM. Nuestro estudio mostró un gran potencial para la reutilización de estos materiales y marca un primer paso en el apoyo a la reutilización dentro de la cadena de valor”.
“Construir vehículos de próxima generación significa adoptar procesos de fabricación de próxima generación”, dijo Johnny Scotello, director de Producto Técnico de Local Motors. “Estamos orgullosos de trabajar con Sabic para hacer más sostenible la fabricación aditiva de gran formato. Aportar valor a las piezas de desecho o al final de su vida útil es un reto difícil, pero los resultados de este estudio apuntan a un futuro brillante para los productos sostenibles y circulares”.
Desafíos de la reutilización de piezas impresas de gran tamaño
En la actualidad, no existe una cadena de valor establecida para la recuperación de piezas y desechos de LFAM posteriores a la producción. Esta compleja secuencia de pasos incluye la gestión de la logística de localización, recogida y transporte de piezas grandes a una instalación capaz de limpiar, cortar, rectificar y reutilizar el material.
Otro reto de la reutilización de los materiales LFAM es la posible degradación debida a los múltiples ciclos térmicos (trituración, repelado, recomposición, etc.). Cada paso se suma al historial de calor acumulado, que tiende a romper las cadenas de polímeros y a reducir la longitud de las fibras, lo que puede afectar al rendimiento. Estos factores deben tenerse en cuenta a la hora de identificar las oportunidades de reutilización del material.
Método de estudio y resultados
El estudio de Sabic-Local Motors incluyó evaluaciones de imprimibilidad, rendimiento y propiedades mecánicas. Para evaluar la imprimibilidad, se prepararon seis muestras de material del compuesto LNP ThermoComp AM, con un contenido de 0, 15, 25, 50, 75 y 100 % de reprocesamiento, respectivamente. Estas muestras se controlaron para comprobar los cambios en el rendimiento y la velocidad de flujo de la masa fundida en la máquina Big Area Additive Manufacturing (BAAM) de Sabic, de Cincinnati Inc. situada en el Centro de Desarrollo de Procesamiento de Polímeros de la empresa en Pittsfield, Mass. Cada muestra se utilizó para imprimir un hexágono de una sola pared, que es la geometría típica de las piezas de prueba de Sabic para el procesamiento y la caracterización del material. Todas las muestras se imprimieron bien, con una superficie lisa y brillante y capas rectas y uniformes que no mostraron problemas de flujo de material.
Para la evaluación de las propiedades mecánicas, se cortaron muestras de cada pieza hexagonal impresa. Se probaron las propiedades de tracción utilizando el método de prueba D638 como guía, y el módulo de flexión utilizando una prueba de flexión en tres puntos siguiendo un método de prueba ASTM D-790 modificado. Los resultados mostraron excelentes propiedades de tracción en las muestras de piezas que contenían porcentajes más pequeños de remolido y sólo disminuciones incrementales en las muestras que incluían porcentajes mayores de remolido. La muestra con un 100% de material remolido experimentó una reducción del 20% en las propiedades de tracción en la dirección X y una reducción del 15% en la dirección Z. En cuanto a las propiedades de flexión, se produjo la misma tendencia gradual, ya que el módulo de flexión disminuyó sólo un 14% en la dirección X y un 12% en la dirección Z para la muestra que contenía un 100% de material triturado.
Como era de esperar, los ensayos de tracción y flexión mostraron una resistencia mecánica decreciente a medida que aumentaba el porcentaje de triturado. Este hallazgo es típico del remolido utilizado en otros procesos como el moldeo por inyección y la extrusión.
Mirando al futuro
Este estudio pone de manifiesto la posibilidad de reutilizar las virutas y piezas de LFAM postindustriales. Tanto los materiales de desecho postindustriales como los de posconsumo ofrecen un potencial de reutilización; sin embargo, es necesario colmar las lagunas existentes en la cadena de valor del reciclaje antes de que este proceso sea viable. Se necesita un gran esfuerzo colectivo por parte de la comunidad de LFAM, incluidos los fabricantes de resina, los convertidores, las impresoras 3D y los recicladores, para idear un método económico de recogida de chatarra y convertirla en una forma reutilizable.
La realización de este estudio con Local Motors y la presentación de estos resultados son los primeros pasos de Sabic en la búsqueda de una solución circular para la industria de LFAM. La empresa completará pronto un informe con datos detallados del estudio. Sabic se compromete a aprovechar Chemistry That Matters para apoyar las colaboraciones en toda la cadena de valor de los LFAM para ayudar a avanzar en la responsabilidad social, una menor huella de carbono y la circularidad.