SABIC et Local Motors étudient la faisabilité du recyclage de rebuts thermoplastiques imprimés en 3D pour une fabrication durable

Avec le désir d'améliorer la circularité de la fabrication additive grand format (LFAM), SABIC (Riyad, Arabie saoudite), une entreprise multinationale de fabrication chimique, et Local Motors (Phoenix, Arizona, États-Unis), un fabricant de véhicules de prochaine génération, ont complété une étude conjointe sur la faisabilité du recyclage de pièces thermoplastiques et de copeaux de rebut du processus d'impression 3D. L'étude a exploré des alternatives plus durables à la mise en décharge de grandes pièces imprimées en anticipation d'une adoption plus large de la LFAM. Elle incluait l'analyse de l'imprimabilité et des propriétés mécaniques du composé renforcé LNP THERMOCOMP AM de SABIC, utilisé par Local Motors, après avoir été imprimé, récupéré, broyé et retraitement en forme de granulés.

L'étude a déterminé que le matériel de pièces post-production et de rebut peut potentiellement être réutilisé en LFAM ou d'autres processus, tels que le moulage par injection ou l'extrusion, à des quantités jusqu'à 100%. Selon SABIC et Local Motors, ces informations peuvent aider à identifier un chemin faisable vers la circularité et un cycle de vie étendu pour les matériaux utilisés par l'industrie LFAM.

« Alors que l'adoption de la LFAM s'accélère, il est essentiel de trouver des alternatives durables à la mise en décharge de grandes pièces imprimées », dit Walter Thompson, ingénieur principal développement applications, SABIC. « SABIC et Local Motors ont investigué la praticabilité d'utiliser du matériel de rebut broyé mécaniquement et des pièces de fin de vie [EOL] générées par la LFAM. Notre étude a montré un grand potentiel pour la réutilisation de ces matériaux et marque une première étape pour soutenir la réutilisation dans la chaîne de valeur. »

« Construire des véhicules de prochaine génération signifie embrasser des processus de fabrication de prochaine génération », ajoute Johnny Scotello, directeur du produit technique chez Local Motors. « Nous sommes fiers de travailler avec SABIC pour rendre la LFAM plus durable. Apporter de la valeur au rebut ou aux pièces EOL est un défi difficile, mais les résultats de cette étude pointent vers un avenir brillant pour des produits durables et circulaires. »

Défis de la réutilisation de grandes pièces imprimées

Actuellement, aucune chaîne de valeur établie n'existe pour la récupération de pièces et rebuts LFAM post-production, disent SABIC et Local Motors. Cette séquence complexe d'étapes inclut la gestion de la logistique de localisation, collecte et transport de grandes pièces vers une installation capable de nettoyer, couper, rebroyer et réutiliser le matériel.

Un autre défi de la réutilisation des matériaux LFAM est la dégradation potentielle de multiples cycles de chaleur (broyage, re-granulation, re-composition, etc.). Chaque étape ajoute à l'historique de chaleur cumulatif, qui tend à décomposer les chaînes polymères et réduire la longueur des fibres et peut affecter la performance. Ces facteurs devraient être considérés quand on identifie des opportunités pour la réutilisation de matériaux.

Méthodes et résultats de l'étude

L'étude SABIC-Local Motors incluait des évaluations pour l'imprimabilité, le débit et les propriétés mécaniques. Afin d'évaluer l'imprimabilité, six échantillons de matériel du composé LNP THERMOCOMP AM ont été préparés, contenant 0, 15, 25, 50, 75 et 100% de contenu retraitement, respectivement. Ces échantillons ont été surveillés pour les changements de débit et de taux de flux de fusion sur la machine Big Area Additive Manufacturing (BAAM) de SABIC de Cincinnati Inc. (CI, Harrison, Ohio, États-Unis) située dans le centre de développement de traitement polymère de l'entreprise à Pittsfield, Mass. Chaque échantillon a été utilisé pour imprimer un hexagone à paroi unique, qui est la géométrie de pièce de test typique de SABIC pour la caractérisation de traitement et de matériau. Tous les échantillons ont rapporté imprimer bien, avec une surface lisse, brillante et des couches droites, uniformes qui n'ont démontré aucun problème avec le flux de matériel.

Pour l'évaluation des propriétés mécaniques, des éprouvettes ont été coupées de chaque pièce hexagonale imprimée. Celles-ci ont été testées pour les propriétés de traction en utilisant la méthode d'essai D638 comme guide, et pour le module de flexion en utilisant un test de flexion à trois points suivant une méthode d'essai ASTM D-790 modifiée. Les résultats ont montré d'excellentes propriétés de traction dans les échantillons de pièces contenant de plus petits pourcentages de rebroyé et seulement des déclins incrementaux dans les échantillons qui incluaient de plus grands pourcentages de rebroyé. L'échantillon 100% rebroyé a expérimenté juste une réduction de 20% des propriétés de traction dans la direction x et une réduction de 15% dans la direction z. Pour les propriétés de flexion, la même tendance graduelle s'est produite, avec le module de flexion déclinant de seulement 14% dans la direction x et 12% dans la direction z pour l'échantillon contenant 100% de rebroyé.

Comme prévu, les tests de traction et de flexion ont montré une résistance mécanique décroissante à mesure que le pourcentage de rebroyé augmentait. Cette découverte est typique du rebroyé utilisé dans d'autres processus tels que le moulage par injection et l'extrusion.

Regard vers l'avenir

Cette étude met en lumière la réutilisabilité des copeaux et pièces LFAM post-industriels. SABIC et Local Motors disent que les matériaux de rebut post-industriels et post-consommation offrent un potentiel pour la réutilisation ; cependant, les lacunes existantes dans la chaîne de valeur de recyclage doivent être comblées avant que ce processus puisse être viable. Un effort collectif important par la communauté LFAM, incluant les fabricants de résines, convertisseurs, imprimantes 3D et recycleurs, est nécessaire pour concevoir une méthode économique de collecte du rebut et de le convertir en une forme réutilisable.

La conduite de cette étude avec Local Motors et la présentation de ces résultats sont les premières étapes de SABIC pour trouver une solution circulaire pour l'industrie LFAM. L'entreprise complétera bientôt un rapport contenant des données détaillées de l'étude. SABIC s'engage à exploiter Chemistry That Matters pour soutenir les collaborations à travers toute la chaîne de valeur LFAM pour aider à faire progresser la responsabilité sociale, une empreinte carbone plus faible et la circularité.