Une étude examine la faisabilité du recyclage des déchets thermoplastiques d’impression 3D

Ciblant l’amélioration de la circularité de la fabrication additive grand format (LFAM), le fournisseur de matériaux Sabic et le constructeur de véhicules de nouvelle génération Local Motors ont achevé une étude conjointe sur la faisabilité du recyclage des déchets de pièces thermoplastiques et des copeaux issus du processus d’impression 3D.

L’étude a exploré des alternatives plus durables à la mise en décharge de grandes pièces imprimées en prévision d’une adoption plus large du LFAM. Cela comprenait l’analyse de l’imprimabilité et des propriétés mécaniques du composé renforcé LNP Thermocomp AM de Sabic, utilisé par Local Motors, après avoir été imprimé, récupéré, broyé et retraité sous forme de granulés. Les composés LNP Thermocomp AM sont basés sur des résines amorphes telles que l’ABS, le PPE, le PC et le PEI.

L’étude a déterminé que le matériau des pièces de post-production et des déchets peut potentiellement être réutilisé dans le LFAM ou d’autres processus, tels que le moulage par injection ou l’extrusion, à des quantités allant jusqu’à 100 %. Ces informations peuvent aider à identifier une voie réalisable vers la circularité et un cycle de vie prolongé pour les matériaux utilisés par l’industrie LFAM.

« Alors que l’adoption de la fabrication additive grand format s’accélère, il est essentiel de trouver des alternatives durables à la mise en décharge de pièces imprimées de grande taille », a déclaré Walter Thompson, ingénieur principal en développement d’applications de Sabic. « Sabic et Local Motors ont étudié la faisabilité de l’utilisation de matériaux de rebut broyés mécaniquement et de pièces en fin de vie générées par le LFAM. Notre étude a montré un grand potentiel de réutilisation de ces matériaux et marque une première étape pour soutenir la réutilisation au sein de la chaîne de valeur », a déclaré Thompson.

« Construire des véhicules de nouvelle génération signifie adopter des processus de fabrication de nouvelle génération », a déclaré Johnny Scotello, directeur des produits techniques chez Local Motors. « Nous sommes fiers de travailler avec Sabic pour rendre la fabrication additive grand format plus durable. Apporter de la valeur aux rebuts ou aux pièces en fin de vie est un défi difficile, mais les résultats de cette étude laissent présager un avenir radieux pour les produits durables et circulaires.

Défis liés à la réutilisation de pièces imprimées de grande taille

À l’heure actuelle, il n’existe aucune chaîne de valeur établie pour la récupération des pièces et déchets LFAM de post-production. Cette séquence complexe d’étapes comprend la gestion de la logistique de localisation, de collecte et de transport de grandes pièces vers une installation capable de nettoyer, couper, réaffûter et réutiliser le matériau.

Un autre défi de la réutilisation des matériaux LFAM est la dégradation potentielle due à plusieurs cycles thermiques (broyage, re-granulation, re-compound, etc.). Chaque étape s’ajoute à l’historique de chaleur cumulé, qui a tendance à briser les chaînes polymères et à réduire la longueur des fibres et peut affecter les performances. Ces facteurs doivent être pris en compte lors de l’identification des opportunités de réutilisation des matériaux.

L’étude Sabic-Local Motors comprenait des évaluations de l’imprimabilité, du débit et des propriétés mécaniques. Afin d’évaluer l’imprimabilité, six échantillons de matériau de composé LNP Thermocomp AM ont été préparés, contenant respectivement 0, 15, 25, 50, 75 et 100 % de contenu retraité. Ces échantillons ont été surveillés pour les changements de débit et de débit de fusion sur la machine de fabrication additive de grande surface (BAAM) de Sabic de Cincinnati Inc., située dans le centre de développement de traitement des polymères de la société à Pittsfield, MA. Chaque échantillon a été utilisé pour imprimer un hexagone à paroi simple, qui est la géométrie typique des pièces de test de Sabic pour le traitement et la caractérisation des matériaux. Tous les échantillons se sont bien imprimés, avec une surface lisse et brillante et des couches droites et uniformes qui ne présentaient aucun problème de flux de matière.

Tester les propriétés mécaniques des matériaux

Pour l’évaluation des propriétés mécaniques, des échantillons ont été découpés dans chaque pièce imprimée hexagonale. Ceux-ci ont été testés pour les propriétés de traction en utilisant la méthode de test D638 comme ligne directrice, et pour le module de flexion en utilisant un test de flexion en trois points suivant une méthode de test ASTM D-790 modifiée. Les résultats ont montré d’excellentes propriétés de traction dans les échantillons de pièces contenant de plus petits pourcentages de rebroyé et seulement des déclins incrémentiels dans les échantillons qui comprenaient des pourcentages plus importants de rebroyé. L’échantillon rebroyé à 100 % n’a subi qu’une réduction de 20 % des propriétés de traction dans la direction x et une réduction de 15 % dans la direction z. Pour les propriétés de flexion, la même tendance graduelle s’est produite, avec un module de flexion diminuant de seulement 14 % dans la direction x et de 12 % pour cent dans la direction z pour l’échantillon contenant 100 % de rebroyé.

Comme prévu, les essais de traction et de flexion ont montré une diminution de la résistance mécanique à mesure que le pourcentage de rebroyé augmentait. Cette découverte est typique du rebroyé utilisé dans d’autres procédés tels que le moulage par injection et l’extrusion.

Cette étude met en évidence la réutilisabilité des copeaux et pièces LFAM post-industriels. Les déchets post-industriels et post-consommation offrent un potentiel de réutilisation ; cependant, les lacunes existantes dans la chaîne de valeur du recyclage doivent être comblées avant que ce processus puisse être viable. Un grand effort collectif de la communauté LFAM, y compris les fabricants de résine, les convertisseurs, les imprimantes 3D et les recycleurs, est nécessaire pour concevoir une méthode économique de collecte des déchets et de leur conversion en une forme réutilisable.