Sabic e Local Motors insieme per il riciclo e riuso di grandi pezzi stampati in 3D

Il costruttore di veicoli di nuova generazione americano Local Motors e Sabic hanno completato una ricerca congiunta finalizzata all’esplorazione di alternative più sostenibili rispetto all’invio in discarica di pezzi di grande formato realizzati mediante additive manufacturing (LFAM), in previsione di una loro più ampia adozione.
In particolare, lo studio ha riguardato l’analisi della stampabilità e delle proprietà meccaniche del compound rinforzato AM LNP™ Thermocomp™ di Sabic, utilizzato dal car maker, dopo essere stato stampato, recuperato, macinato meccanicamente e rilavorato in forma di pellet. Dai risultati emerge che il materiale proveniente da pezzi e scarti di post-produzione può essere potenzialmente riutilizzato in LFAM o in altri processi, come lo stampaggio a iniezione o l’estrusione, in quantità fino al 100%. Questi elementi possono aiutare a identificare un percorso fattibile verso la circolarità e un ciclo di vita esteso per i materiali impiegati nella produzione di LFAM.

Le sfide del riutilizzo di pezzi LFAM

Oggi non esiste una filiera consolidata per il recupero dei pezzi e degli scarti LFAM post-produzione. Questa complessa sequenza di passaggi implica la gestione della logistica dalla localizzazione, alla raccolta e al trasporto di pezzi di grandi dimensioni, fino a una struttura in grado di pulire, tagliare, rimacinare e riutilizzare il materiale.

Un’altra sfida nel riutilizzo di materiali LFAM è il potenziale degrado dovuto a cicli termici multipli (macinazione, ri-pellettizzazione, ri-compounding…). Ogni passaggio si aggiunge in un percorso che accumula l’effetto del calore, che tende a rompere le catene polimeriche e a ridurre la lunghezza delle fibre, influenzando così le prestazioni. Questi fattori dovrebbero essere tenuti in considerazione quando si valutano le opportunità di riutilizzo del materiale.

Metodo di studio e risultati

Lo studio Sabic-Local Motors ha riguardato valutazioni per la stampabilità, la produttività e le proprietà meccaniche.
Per valutare la stampabilità, sono stati preparati sei campioni di compound LNP Thermocomp AM contenenti quantità crescenti dimateriale riprocessato (0, 15, 25, 50, 75 e 100 per cento). Questi campioni sono stati analizzati sotto l’aspetto dei cambiamenti nella produttività e della velocità di scorrimento del fuso mediante una Big Area Additive Manufacturing (BAAM®), macchina costruita da Cincinnati Inc., situata nel Polymer Processing Development Center Sabic di Pittsfield (Mass., USA). Ogni compound è stato utilizzato per stampare un esagono a parete singola, che è la geometria tipica del pezzo di prova di Sabic per la lavorazione e la caratterizzazione del materiale. Tutti i campioni sono risultati ben stampati, con una superficie liscia e lucida, con strati lineari e uniformi che non hanno evidenziato problemi nello scorrimento del materiale.

Per la valutazione delle proprietà meccaniche sono stati tagliati dei campioni da ogni pezzo esagonale stampato, che sono stati quindi testati per le proprietà di trazione usando come riferimento il metodo di prova D638, ed effettuando un test di piegatura a tre punti, per il modulo di flessione, secondo un metodo di prova ASTM D-790 modificato. I risultati hanno indicato eccellenti proprietà di trazione nei pezzi contenenti piccole percentuali di rimacinato e diminuzioni soltanto incrementali nei campioni che includevano quote maggiori di rimacinato. Il campione rimacinato al 100% ha subito solo una riduzione del 20% nelle proprietà di trazione in direzione X e una riduzione del 15% in direzione Z. Nel campione contenente il 100% di rimacinato si è verificata la stessa tendenza graduale per le proprietà di flessione, con un calo del modulo di flessione di appena il 14% nella direzione X e del 12% nella direzione Z.

Come ci si attendeva, i test di trazione e flessione hanno mostrato una resistenza meccanica decrescente all’aumentare della percentuale di rimacinato. Questo risultato è tipico del rimacinato anche in altri processi come lo stampaggio a iniezione e l’estrusione.

Gli obiettivi futuri

Questo studio evidenzia la riutilizzabilità dei trucioli e dei pezzi LFAM post-industriali. Sia i materiali di scarto post-industriali che quelli post-consumo offrono un potenziale per il riutilizzo; tuttavia, le lacune esistenti nella filiera del riciclaggio devono essere colmate affinché questo processo possa divenire praticabile. È necessario un grande sforzo collettivo da parte della comunità LFAM, che coinvolga anche i produttori di resina, i trasformatori, gli stampatori 3D e i riciclatori, per individuare un metodo economicamente sostenibile per il recupero degli scarti e la loro conversione in un materiale riutilizzabile.

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