回收率可達(dá)100%！3D打印過程中廢舊熱塑性塑料回收可行性研究

2021年6月10日，南極熊獲悉，Sabic和本地汽車公司開展的一項聯(lián)合研究表明來自生產(chǎn)后的零件和廢棄材料可以在大型增材制造或其他工藝（如注射成型或擠壓）中重復(fù)使用，其利用率可高達(dá)100%。

△圖片來自Sabic

為了促進大尺寸快速成型制造（LFAM）的可再生循環(huán)，材料供應(yīng)商Sabic和新一代汽車制造商Local Motors已經(jīng)聯(lián)合完成了一項關(guān)于回收3D打印過程中的廢舊熱塑性塑料部件和刨花的可行性研究。

這項研究探索了比塑料填埋式（多指大型部件）處理更環(huán)保的替代方案，以期待更廣泛地采用LFAM。它包括分析Sabic公司的LNP Thermocomp AM增強化合物的可打印性和機械性能，該化合物被打印、回收、研磨和再加工成顆粒狀后，被Local Motors使用。LNP Thermocomp AM化合物是基于無定型樹脂，如ABS、PPE、PC和PEI。

研究還確定來自生產(chǎn)后的零件和廢料的材料有可能被重新用于LFAM或其他工藝，如注塑或擠壓，其數(shù)量高達(dá)100%。這些見解可以幫助確定一條可行的道路，以實現(xiàn)循環(huán)和延長LFAM行業(yè)使用的材料的生命周期。

Sabic的高級應(yīng)用開發(fā)工程師WalterThompson表示："隨著大尺寸增材制造的應(yīng)用加快，必須找到可持續(xù)的替代方案來處理大型打印部件。Sabic和Local Motors已經(jīng)調(diào)查了使用機械研磨的廢舊材料和從LFAM產(chǎn)生的報廢零件的實用性。我們的研究顯示了循環(huán)使用這些材料的巨大潛力，并標(biāo)志著在價值鏈中支持再利用的第一步。"

當(dāng)?shù)匾患移�車公司的技術(shù)產(chǎn)品總監(jiān)Johnny Scotello說："制造下一代汽車意味著接受下一代的制造工藝。我們很自豪能與Sabic公司合作，使大尺寸增材制造更具可持續(xù)性。為廢舊或報廢的零件帶來價值是一項艱巨的挑戰(zhàn)，但這項研究的結(jié)果指出了可持續(xù)循環(huán)產(chǎn)品的光明前景"。

大型印刷部件循環(huán)利用的挑戰(zhàn)

目前，在回收生產(chǎn)后的LFAM部件和廢料方面還沒有既定的價值鏈。這一系列復(fù)雜的步驟包括管理定位、收集和運輸大型部件到能夠清洗、切割、重新研磨和重新利用材料的設(shè)施的物流。

重復(fù)使用LFAM材料的另一個挑戰(zhàn)是多次熱循環(huán)（研磨、重新造粒、重新復(fù)合等）可能造成的降解。每個步驟都會增加累積的熱歷史，這往往會分解聚合物鏈，減少纖維長度，并會影響性能。在確定材料再利用的機會時，應(yīng)考慮這些因素。

Sabic-Local Motors的研究包括對可打印性、產(chǎn)量和機械性能的評估。為了評估可打印性，研究實驗準(zhǔn)備了六個LNP Thermocomp AM化合物的材料樣品，分別含有0、15、25、50、75和100%的再加工成分。在Sabic公司位于馬薩諸塞州皮茨菲爾德的聚合物加工發(fā)展中心的Cincinnati公司的大面積增材制造（BAAM）機器上監(jiān)測這些樣品的產(chǎn)量和熔體流速的變化。每個樣品都被用來打印一個單壁六角形，這是Sabic公司用于加工和材料表征的典型測試部件的幾何形狀。所有的樣品都打印得很好，表面光滑、有光澤，層數(shù)筆直、均勻，沒有顯示出材料流動的問題。

測試材料的機械性能

為了進行機械性能評估，從每個六邊形印刷件上切下了試樣。以測試方法D638為準(zhǔn)則進行拉伸性能測試，并按照修改后的ASTM D-790測試方法進行三點彎曲測試，以測試彎曲模量。結(jié)果顯示，含有較小比例的再磨材料的部件樣品的拉伸性能非常好，而含有較大比例的再磨材料的樣品的拉伸性能僅有遞增的下降。100%的再研磨樣品在X方向的拉伸性能只下降了20%，在Z方向下降了15%。對于彎曲性能，也出現(xiàn)了同樣的漸進趨勢，對于含有100%再磨的樣品，彎曲模量在X方向僅下降了14%，在Z方向下降了12%。

正如預(yù)期的那樣，拉伸和彎曲測試顯示，隨著再研磨百分比的增加，機械強度下降。這一發(fā)現(xiàn)是其他工藝（如注塑和擠壓）中使用的再研磨物的典型特征。

這項研究強調(diào)了工業(yè)化后的LFAM刨花和部件的可重復(fù)利用性。工業(yè)后和消費后的廢舊材料都提供了再利用的潛力。然而，在這個過程可行之前，需要填補回收價值鏈中的現(xiàn)有空白。在LFAM生態(tài)鏈中，包括樹脂制造商、轉(zhuǎn)換器、3D打印機和回收商，需要進行大規(guī)模的集體努力，以設(shè)計一種經(jīng)濟的方法來收集廢料并將其轉(zhuǎn)化為可重復(fù)使用的形式。