SABIC, Local Motors realiza un estudio de viabilidad para piezas y virutas termoplásticas reprocesadas e impresas en 3D

Con el deseo de mejorar la circularidad de la fabricación aditiva de gran formato (LFAM), SABIC (Riyadh, Arabia Saudita), una empresa multinacional de fabricación de productos químicos, y Local Motors (Phoenix, Arizona, EE. UU.), Un fabricante de vehículos de próxima generación, completó un estudio conjunto sobre la viabilidad de reciclar piezas termoplásticas de desecho y virutas del proceso de impresión 3D. El estudio exploró alternativas más sostenibles al vertido de piezas impresas grandes en previsión de una adopción más amplia de LFAM. Incluyó analizar la capacidad de impresión 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 gránulos.

El estudio determinó que el material de las piezas de posproducción y la chatarra se puede reutilizar potencialmente en LFAM u otros procesos, como el moldeo por inyección o la extrusión, en cantidades de hasta el 100%. Según SABIC y Local Motors, estos conocimientos pueden ayudar a identificar un camino viable hacia la circularidad y un ciclo de vida extendido para los materiales utilizados por la industria LFAM.

“A medida que se acelera la adopción de LFAM, es fundamental encontrar alternativas sostenibles para el 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 practicidad de utilizar material de desecho triturado mecánicamente y piezas al final de su vida útil [EOL] generadas a partir de LFAM. Nuestro estudio mostró un gran potencial para reutilizar estos materiales y marca un primer paso para respaldar la reutilización dentro de la cadena de valor ”.

“Construir vehículos de próxima generación significa adoptar procesos de fabricación de próxima generación”, agrega Johnny Scotello, director de Producto Técnico de Local Motors. “Estamos orgullosos de trabajar con SABIC para hacer que LFAM sea más sostenible. Aportar valor a las piezas de desecho o al final de su vida útil es un desafío difícil, pero los resultados de este estudio apuntan a un futuro brillante para los productos circulares sostenibles ”.

Desafíos de reutilizar piezas impresas grandes

Actualmente, no existe una cadena de valor establecida para la recuperación de piezas y chatarra LFAM de posproducción, según SABIC y Local Motors. Esta compleja secuencia de pasos incluye la gestión de la logística de ubicación, recogida y transporte de piezas grandes a una instalación capaz de limpiar, cortar, triturar y reutilizar el material.

Otro desafío de la reutilización de materiales LFAM es la degradación potencial de múltiples ciclos de calor (trituración, re-granulación, recomposición, etc.). Cada paso se suma al historial de calor acumulativo, que tiende a romper las cadenas de polímero y reducir la longitud de la fibra y puede afectar el rendimiento. Estos factores deben tenerse en cuenta al identificar oportunidades para la reutilización de materiales.

Métodos y resultados del estudio

El estudio de SABIC-Local Motors incluyó evaluaciones de capacidad de impresión, rendimiento y propiedades mecánicas. Para evaluar la capacidad de impresión, se prepararon seis muestras de material del compuesto LNP THERMOCOMP AM, que contenían 0, 15, 25, 50, 75 y 100% de contenido reprocesado, respectivamente. Estas muestras se controlaron para detectar cambios en el rendimiento y la tasa de flujo de fusión en la máquina de fabricación aditiva de área grande (BAAM) de SABIC de Cincinnati Inc. (CI, Harrison, Ohio, EE. UU.) Ubicada en el Centro de desarrollo de procesamiento de polímeros de la compañía en Pittsfield, Massachusetts. Cada muestra se utilizó para imprimir un hexágono de pared simple, que es la geometría de pieza de prueba típica de SABIC para procesamiento y caracterización de materiales. Según los informes, todas las muestras se imprimieron bien, con una superficie lisa y brillante y capas rectas y uniformes que no demostraron problemas con el flujo de material.

Para la evaluación de las propiedades mecánicas, se cortaron muestras de cada parte impresa hexagonal. Estos se probaron para determinar las propiedades de tracción usando el Método de prueba D638 como guía, y para el módulo de flexión usando una prueba de flexión de 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 triturado y solo disminuciones incrementales en las muestras que incluían porcentajes mayores de triturado. La muestra 100% triturada experimentó solo una reducción del 20% en las propiedades de tracción en la dirección xy una reducción del 15% en la dirección z. Para las propiedades de flexión, ocurrió la misma tendencia gradual, con el módulo de flexión disminuyendo solo un 14% en la dirección xy un 12% en la dirección z para la muestra que contenía un 100% de remolido.

Como se esperaba, las pruebas de tracción y flexión mostraron una disminución de la resistencia mecánica a medida que aumentaba el porcentaje de remolido. Este hallazgo es típico del triturado utilizado en otros procesos, como el moldeo por inyección y la extrusión.

Mirando hacia el futuro

Este estudio destaca la reutilización de virutas y piezas LFAM postindustriales. SABIC y Local Motors afirman que tanto los materiales de desecho postindustriales como los posconsumo ofrecen posibilidades de reutilización; sin embargo, es necesario llenar los vacíos existentes en la cadena de valor del reciclaje antes de que este proceso sea viable. Se necesita un gran esfuerzo colectivo de la comunidad LFAM, incluidos los fabricantes de resinas, convertidores, impresoras 3D y recicladores, para diseñar un método económico de recolectar 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 para encontrar una solución circular para la industria LFAM. La empresa pronto completará un informe con datos detallados del estudio. SABIC se compromete a aprovechar Chemistry That Matters para respaldar las colaboraciones en toda la cadena de valor de LFAM para ayudar a promover la responsabilidad social, una menor huella de carbono y circularidad.