SABIC, Local Motors conduz um estudo de viabilidade para peças termoplásticas e aparas reprocessadas impressas em 3D

Com o desejo de melhorar a circularidade da manufatura aditiva de grande formato (LFAM), a SABIC (Riyadh, Arábia Saudita), uma empresa multinacional de fabricação de produtos químicos, e a Local Motors (Phoenix, Arizona, EUA), uma fabricante de veículos de última geração, concluiu um estudo conjunto sobre a viabilidade da reciclagem de sucatas e aparas de termoplásticos do processo de impressão 3D. O estudo explorou alternativas mais sustentáveis ​​para o aterro de grandes peças impressas em antecipação a uma adoção mais ampla do LFAM. Incluiu a análise da capacidade de impressão e propriedades mecânicas do composto reforçado LNP THERMOCOMP AM da SABIC, usado pela Local Motors, depois de ser impresso, recuperado, triturado e reprocessado em forma de pellet.

O estudo determinou que o material de peças de pós-produção e sucata pode potencialmente ser reutilizado em LFAM ou outros processos, como moldagem por injeção ou extrusão, em quantidades de até 100%. De acordo com a SABIC e a Local Motors, esses insights podem ajudar a identificar um caminho viável para a circularidade e um ciclo de vida estendido para materiais usados ​​pela indústria de LFAM.

“À medida que a adoção do LFAM se acelera, é essencial encontrar alternativas sustentáveis ​​para o aterro de grandes peças impressas”, afirma Walter Thompson, engenheiro sênior de desenvolvimento de aplicações da SABIC. “A SABIC e a Local Motors investigaram a praticidade de usar sucata moída mecanicamente e peças em fim de vida [EOL] geradas a partir de LFAM. Nosso estudo mostrou um grande potencial para a reutilização desses materiais e marca um primeiro passo no apoio à reutilização na cadeia de valor. ”

“Construir veículos de última geração significa abraçar processos de fabricação de última geração”, acrescenta Johnny Scotello, diretor de Produto Técnico da Local Motors. “Estamos orgulhosos de trabalhar com a SABIC para tornar o LFAM mais sustentável. Agregar valor à sucata ou peças EOL é um desafio difícil, mas os resultados deste estudo apontam para um futuro brilhante para produtos circulares sustentáveis. ”

Desafios de reutilizar peças grandes impressas

Atualmente, não existe uma cadeia de valor estabelecida para a recuperação de peças LFAM de pós-produção e sucata, dizem a SABIC e a Local Motors. Essa sequência complexa de etapas inclui o gerenciamento da logística de localização, coleta e transporte de peças grandes para uma instalação capaz de limpar, cortar, reafiar e reaproveitar o material.

Outro desafio de reutilizar materiais LFAM é a degradação potencial de vários ciclos de calor (trituração, repeletização, recomposição, etc.). Cada etapa adiciona ao histórico de calor cumulativo, que tende a quebrar as cadeias de polímero e reduzir o comprimento da fibra, podendo afetar o desempenho. Esses fatores devem ser considerados ao identificar oportunidades para reutilização de material.

Métodos e resultados do estudo

O estudo SABIC-Local Motors incluiu avaliações de capacidade de impressão, rendimento e propriedades mecânicas. Para avaliar a capacidade de impressão, seis amostras de materiais do composto LNP THERMOCOMP AM foram preparadas, contendo 0, 15, 25, 50, 75 e 100% de conteúdo reprocessado, respectivamente. Essas amostras foram monitoradas quanto a mudanças no rendimento e na taxa de fluxo de fusão na máquina de Big Area Additive Manufacturing (BAAM) da SABIC de Cincinnati Inc. (CI, Harrison, Ohio, EUA) localizada no Centro de Desenvolvimento de Processamento de Polímero da empresa em Pittsfield, Massachusetts. Cada amostra foi usado para imprimir um hexágono de parede única, que é a geometria de peça de teste típica da SABIC para processamento e caracterização de material. Todas as amostras foram impressas bem, com uma superfície lisa, brilhante e reta, até mesmo camadas que não demonstraram problemas com o fluxo de material.

Para a avaliação das propriedades mecânicas, os corpos-de-prova foram recortados de cada peça hexagonal impressa. Estes foram testados quanto às propriedades de tração usando o Método de Teste D638 como uma diretriz, e para o módulo de flexão usando um teste de flexão de três pontos seguindo um método de teste ASTM D-790 modificado. Os resultados mostraram excelentes propriedades de tração nas amostras de peças contendo menores porcentagens de material reciclado e apenas declínios incrementais nas amostras que incluíram maiores porcentagens de material reciclado. A amostra 100% reciclada experimentou apenas uma redução de 20% nas propriedades de tração na direção xe uma redução de 15% na direção z. Para propriedades de flexão, a mesma tendência gradual ocorreu, com módulo de flexão diminuindo em apenas 14% na direção xe 12% na direção z para a amostra contendo 100% de material reciclado.

Como esperado, os testes de tração e flexão mostraram diminuição da resistência mecânica à medida que a porcentagem de material reciclado aumentava. Esse achado é típico do material triturado usado em outros processos, como moldagem por injeção e extrusão.

Olhando para o futuro

Este estudo destaca a reutilização de aparas e peças LFAM pós-industriais. A SABIC e a Local Motors afirmam que os materiais de sucata pós-industrial e pós-consumo oferecem potencial para reutilização; no entanto, as lacunas existentes na cadeia de valor da reciclagem precisam ser preenchidas antes que esse processo seja viável. Um grande esforço coletivo da comunidade LFAM, incluindo fabricantes de resinas, conversores, impressoras 3D e recicladores, é necessário para desenvolver um método econômico de coleta de sucata e conversão em uma forma reutilizável.

Conduzir este estudo com motores locais e apresentar esses resultados são os primeiros passos da SABIC para encontrar uma solução circular para a indústria LFAM. Em breve, a empresa concluirá um relatório contendo dados detalhados do estudo. A SABIC está empenhada em alavancar o Chemistry That Matters para apoiar as colaborações em toda a cadeia de valor da LFAM para ajudar no avanço da responsabilidade social, redução da pegada de carbono e circularidade.