SABIC y Local Motors estudian viabilidad de reciclar residuos termoplásticos de impresión 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 química, y Local Motors (Phoenix, Arizona, EE. UU.), un fabricante de vehículos de próxima generación, completaron un estudio conjunto sobre la viabilidad de reciclar piezas termoplásticas y virutas de desecho del proceso de impresión 3D. El estudio exploró alternativas más sostenibles al vertido de grandes piezas impresas en anticipación de una adopción más amplia de LFAM. Incluyó analizar la imprimibilidad y propiedades mecánicas del compuesto reforzado LNP THERMOCOMP AM de SABIC, usado por Local Motors, tras ser impreso, recuperado, molido y reprocesado en forma de pellets.

El estudio determinó que el material de piezas post-producción y desechos puede potencialmente reutilizarse en LFAM u otros procesos, como moldeo por inyección o 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 materiales usados por la industria LFAM.

“A medida que la adopción de LFAM se acelera, es esencial encontrar alternativas sostenibles al vertido de grandes piezas impresas”, dice Walter Thompson, ingeniero senior de desarrollo de aplicaciones, SABIC. “SABIC y Local Motors han investigado la practicidad de usar material de desecho molido mecánicamente y piezas de fin de vida [EOL] generadas por LFAM. Nuestro estudio mostró gran potencial para reutilizar estos materiales y marca un primer paso en apoyo a la reutilización dentro de la cadena de valor”.

“Construir vehículos de próxima generación significa abrazar procesos de fabricación de próxima generación”, añade Johnny Scotello, director de Producto Técnico en Local Motors. “Estamos orgullosos de trabajar con SABIC para hacer LFAM más sostenible. Dar valor a desechos o piezas EOL es un reto difícil, pero los resultados de este estudio apuntan a un futuro brillante para productos sostenibles y circulares”.

Retos de reutilizar grandes piezas impresas

Actualmente, no existe una cadena de valor establecida para recuperar piezas y desechos post-producción de LFAM, dicen SABIC y Local Motors. Esta compleja secuencia de pasos incluye gestionar la logística de localizar, recoger y transportar grandes piezas a una instalación capaz de limpiar, cortar, remoler y reutilizar el material.

Otro reto de reutilizar materiales LFAM es la potencial degradación por múltiples ciclos de calor (molido, re-peletizado, re-compuesto, etc.). Cada paso añade al historial térmico acumulativo, que tiende a romper las cadenas de polímero y reducir la longitud de fibra y puede afectar el rendimiento. Estos factores deben considerarse al identificar oportunidades para la reutilización de materiales.

Métodos y resultados del estudio

El estudio SABIC-Local Motors incluyó evaluaciones para imprimibilidad, rendimiento y propiedades mecánicas. Para evaluar la imprimibilidad, se prepararon seis muestras de material del compuesto LNP THERMOCOMP AM, conteniendo 0, 15, 25, 50, 75 y 100% de contenido reprocesado, respectivamente. Estas muestras se monitorizaron para cambios en rendimiento y tasa de flujo de fusión en la máquina Big Area Additive Manufacturing (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 usó para imprimir un hexágono de pared simple, que es la geometría de pieza de prueba típica de SABIC para caracterización de procesamiento y material. Todas las muestras imprimieron bien, con una superficie lisa y brillante y capas rectas y uniformes que demostraron no tener problemas con el flujo de material.

Para la evaluación de propiedades mecánicas, se cortaron especímenes de cada pieza hexagonal impresa. Estos se probaron para propiedades de tracción usando el Método de Prueba D638 como guía, y para módulo de flexión usando una prueba de flexión a tres puntos siguiendo un método de prueba ASTM D-790 modificado. Los resultados mostraron excelentes propiedades de tracción en las muestras de piezas con porcentajes menores de re-molienda y solo disminuciones incrementales en las muestras que incluían porcentajes mayores de re-molienda. La muestra de 100% re-molienda experimentó solo una reducción del 20% en propiedades de tracción en dirección x y una reducción del 15% en dirección z. Para propiedades de flexión, ocurrió la misma tendencia gradual, con el módulo de flexión disminuyendo solo un 14% en dirección x y 12% en dirección z para la muestra con 100% de re-molienda.

Como se esperaba, las pruebas de tracción y flexión mostraron disminución de la resistencia mecánica a medida que aumentaba el porcentaje de re-molienda. Este hallazgo es típico de la re-molienda usada en otros procesos como moldeo por inyección y extrusión.

Mirando al futuro

Este estudio destaca la reutilización de virutas y piezas post-industriales de LFAM. SABIC y Local Motors dicen que tanto materiales de desecho post-industriales como post-consumo ofrecen potencial para reutilización; sin embargo, los vacíos existentes en la cadena de valor de reciclaje deben llenarse antes de que este proceso pueda ser viable. Un gran esfuerzo colectivo de la comunidad LFAM, incluyendo fabricantes de resinas, convertidores, impresoras 3D y recicladores, es necesario para idear un método económico de recoger desechos y convertirlos en forma reutilizable.

Realizar este estudio con Local Motors y presentar estos resultados son los primeros pasos de SABIC para encontrar una solución circular para la industria LFAM. La compañía completará pronto un informe con datos detallados del estudio. SABIC está comprometido a aprovechar la Química Que Importa para apoyar colaboraciones a lo largo de toda la cadena de valor LFAM para ayudar a avanzar en responsabilidad social, menor huella de carbono y circularidad.