SABIC e Local Motors estudam viabilidade de reciclar resíduos termoplásticos de impressão 3D para manufatura sustentável

Com o desejo de melhorar a circularidade da manufatura aditiva de grande formato (LFAM), a SABIC (Riade, Arábia Saudita), uma empresa multinacional de fabricação química, e a Local Motors (Phoenix, Arizona, EUA), um fabricante de veículos de próxima geração, concluíram um estudo conjunto sobre a viabilidade de reciclar peças termoplásticas e aparas do processo de impressão 3D. O estudo explorou alternativas mais sustentáveis ao aterramento de grandes peças impressas, em antecipação à adoção mais ampla da LFAM. Incluiu análise da impressibilidade e propriedades mecânicas do composto reforçado LNP THERMOCOMP AM da SABIC, usado pela Local Motors, após ser impresso, recuperado, moído e reprocessado em forma de pelota.

Resultados: até 100% de reutilização viável

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

"À medida que a adoção de LFAM acelera, é essencial encontrar alternativas sustentáveis ao aterramento de grandes peças impressas", diz Walter Thompson, engenheiro sênior de desenvolvimento de aplicações, SABIC. "SABIC e Local Motors investigaram a praticidade de usar material de resíduo moído mecanicamente e peças de fim de vida [EOL] geradas de LFAM. Nosso estudo mostrou grande potencial para reutilizar esses materiais e marca um primeiro passo no apoio à reutilização dentro da cadeia de valor."

"Construir veículos de próxima geração significa abraçar processos de manufatura de próxima geração", adiciona Johnny Scotello, diretor de Produto Técnico na Local Motors. "Estamos orgulhosos de trabalhar com a SABIC tornando LFAM mais sustentável. Trazer valor a resíduos ou peças EOL é um desafio difícil, mas os resultados deste estudo apontam para um futuro brilhante para produtos sustentáveis e circulares."

Desafios da reutilização de grandes peças impressas

Atualmente, nenhuma cadeia de valor estabelecida existe para recuperar peças e resíduos pós-produção LFAM, dizem SABIC e Local Motors. Esta sequência complexa de etapas inclui gerenciar a logística de localização, coleta e transporte de grandes peças para uma instalação capaz de limpar, cortar, remoer e reaproveitar o material.

Outro desafio da reutilização de materiais LFAM é a degradação potencial de múltiplos ciclos de calor (moagem, re-pelotização, recomposição, etc.). Cada etapa adiciona ao histórico cumulativo de calor, que tende a quebrar cadeias poliméricas e reduzir comprimento de fibra e pode afetar 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 para impressibilidade, vazão e propriedades mecânicas. Para avaliar impressibilidade, seis amostras de material do composto LNP THERMOCOMP AM foram preparadas, contendo 0, 15, 25, 50, 75 e 100% de conteúdo reprocessado, respectivamente. Estas amostras foram monitoradas para mudanças na vazão e taxa de fluxo de fusão na máquina Big Area Additive Manufacturing (BAAM) da Cincinnati Inc. (CI, Harrison, Ohio, EUA) localizada no Centro de Desenvolvimento de Processamento de Polímeros da empresa em Pittsfield, Massachusetts. Cada amostra foi usada para imprimir um hexágono de parede única, que é a geometria típica de peça de teste da SABIC para processamento e caracterização de material. Todas as amostras supostamente imprimiram bem, com superfície lisa, brilhante e camadas retas e uniformes que demonstraram nenhum problema com fluxo de material.

Para avaliação de propriedades mecânicas, corpos de prova foram cortados de cada peça hexagonal impressa. Estes foram testados para propriedades de tração usando Método de Teste D638 como guia, e para módulo de flexão usando teste de flexão de três pontos seguindo método de teste ASTM D-790 modificado. Resultados mostraram excelentes propriedades de tração nas amostras de peças contendo porcentagens menores de re-moagem e declínios incrementais apenas nas amostras que incluíam porcentagens maiores de re-moagem. A amostra de 100% re-moagem experimentou apenas uma redução de 20% nas propriedades de tração na direção x e uma redução de 15% na direção z. Para propriedades de flexão, a mesma tendência gradual ocorreu, com módulo de flexão declinando apenas 14% na direção x e 12% na direção z para a amostra contendo 100% de re-moagem.

Como esperado, testes de tração e flexão mostraram diminuição da resistência mecânica à medida que a porcentagem de re-moagem aumentava. Esta descoberta é típica de re-moagem usada em outros processos como moldagem por injeção e extrusão.

Olhando para o futuro

Este estudo destaca a reutilizabilidade de aparas e peças LFAM pós-industriais. SABIC e Local Motors dizem que tanto materiais de resíduos pós-industriais quanto pós-consumo oferecem potencial para reutilização; no entanto, lacunas existentes na cadeia de valor de reciclagem precisam ser preenchidas antes que este processo possa ser viável. Um grande esforço coletivo pela comunidade LFAM, incluindo fabricantes de resina, conversores, impressoras 3D e recicladores, é necessário para conceber um método econômico de coleta de resíduos e conversão em forma reutilizável.

Conduzir este estudo com a Local Motors e apresentar estes resultados são os primeiros passos da SABIC em encontrar uma solução circular para a indústria LFAM. A empresa em breve completará um relatório contendo dados detalhados do estudo. A SABIC está comprometida em alavancar Chemistry That Matters para apoiar colaborações em toda a cadeia de valor LFAM para ajudar a avançar responsabilidade social, menor pegada de carbono e circularidade.