Dans le but d’améliorer la circularité de la fabrication additive grand format, SABIC et Local Motors ont mené une étude conjointe sur la faisabilité du recyclage des pièces thermoplastiques usagées et des copeaux issus du processus d’impression 3D.
Local Motors est un partenaire de longue date de SABIC, qui a fourni divers matériaux ayant contribué au développement d’Olli, le véhicule électrique à conduite autonome de Local Motors.
L’étude a exploré des alternatives plus durables à la mise en décharge de grandes pièces imprimées en prévision d’une adoption plus large du procédé LFAM (Large format additive manufacturing). Elle comprenait 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 retraité sous forme de granulés.
L’étude a déterminé que les matériaux provenant des pièces et des déchets de post-production peuvent potentiellement être réutilisés dans le procédé LFAM ou dans d’autres processus, tels que le moulage par injection ou l’extrusion, dans des proportions pouvant atteindre 100 %. Ces informations peuvent aider à identifier une voie possible vers la circularité et un cycle de vie étendu pour les matériaux utilisés par l’industrie du LFAM.
« Alors que l’adoption de la fabrication additive grand format s’accélère, il est essentiel de trouver des alternatives durables à la mise en décharge des grandes pièces imprimées », a déclaré Walter Thompson, ingénieur principal en développement des applications, SABIC. « SABIC et Local Motors ont étudié l’aspect pratique de l’utilisation des rebuts broyés mécaniquement et des pièces en fin de vie générées par le procédé LFAM. Notre étude a montré un grand potentiel pour la réutilisation de ces matériaux et marque une première étape dans le soutien de la réutilisation au sein de la chaîne de valeur. »
« Construire des véhicules de la prochaine génération signifie adopter des processus de fabrication de la prochaine génération », a déclaré Johnny Scotello, directeur du produit technique chez Local Motors. « Nous sommes fiers de travailler avec SABIC pour rendre la fabrication additive grand format plus durable. Apporter de la valeur aux déchets ou aux pièces en fin de vie est un défi difficile à relever, mais les résultats de cette étude laissent entrevoir un avenir radieux pour les produits durables et circulaires. »
Les défis de la réutilisation des pièces imprimées de grand format
À l’heure actuelle, il n’existe pas de chaîne de valeur établie pour la récupération des pièces et des déchets de post-production du procédé LFAM. Cette séquence complexe d’étapes comprend la gestion de la logistique de localisation, de collecte et de transport des grandes pièces vers une installation capable de nettoyer, couper, rebroyer et réutiliser le matériau.
Un autre défi de la réutilisation des matériaux LFAM est la dégradation potentielle due aux multiples cycles thermiques (broyage, re-pelletisation, re-compoundage, etc.). ). Chaque étape ajoute à l’historique thermique cumulatif, ce qui tend à briser les chaînes de polymères et à réduire la longueur des fibres et peut affecter les performances. Ces facteurs doivent être pris en compte lors de l’identification des possibilités de réutilisation des matériaux.
Méthode d’étude et résultats
L’étude SABIC-Local Motors comprenait des évaluations de l’imprimabilité, du débit et des propriétés mécaniques. Afin d’évaluer l’imprimabilité, six échantillons de matériau du composé LNP™ THERMOCOMP™ AM ont été préparés, contenant respectivement 0, 15, 25, 50, 75 et 100 % de contenu retraité. Ces échantillons ont fait l’objet d’un suivi des changements de débit et d’indice de fluidité sur la machine Big Area Additive Manufacturing (BAAM®) de SABIC, de Cincinnati Inc, située dans le Polymer Processing Development Center de la société à Pittsfield, Massachusetts.
Chaque échantillon a été utilisé pour imprimer un hexagone à paroi unique, qui est la géométrie typique des pièces d’essai de SABIC pour le traitement et la caractérisation des matériaux. Tous les échantillons ont été bien imprimés, avec une surface lisse et brillante et des couches droites et régulières qui ne présentaient aucun problème d’écoulement du matériau.
Pour l’évaluation des propriétés mécaniques, des spécimens ont été découpés dans chaque pièce hexagonale imprimée. Ils ont été testés pour les propriétés de traction en utilisant la méthode d’essai D638 comme ligne directrice, et pour le module de flexion en utilisant un test de pliage en 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 faibles pourcentages de matière rebroyée et seulement des baisses progressives dans les échantillons contenant des pourcentages plus importants de matière rebroyée. L’échantillon contenant 100 % de matière rebroyée n’a connu qu’une réduction de 20 % de ses propriétés de traction dans le sens X et de 15 % dans le sens Z. Pour les propriétés de flexion, la même tendance graduelle s’est produite, avec une diminution du module de flexion de seulement 14 % dans la direction X et de 12 % dans la direction Z pour l’échantillon contenant 100 % de matière rebroyée.
Comme prévu, les essais de traction et de flexion ont montré une diminution de la résistance mécanique à mesure que le pourcentage de rebroyé augmentait. Cette constatation est typique des matières rebroyées utilisées dans d’autres procédés tels que le moulage par injection et l’extrusion.
Perspectives d’avenir
Cette étude met en évidence la possibilité de réutiliser les copeaux et les pièces de LFAM postindustriels. Les matériaux de rebut post-industriels et post-consommation offrent tous deux un potentiel de réutilisation ; cependant, les lacunes existantes dans la chaîne de valeur du recyclage doivent être comblées avant que ce processus ne soit viable. Un vaste effort collectif de la part de la communauté LFAM, y compris les fabricants de résine, les convertisseurs, les imprimeurs 3D et les recycleurs, est nécessaire pour concevoir une méthode économique de collecte des déchets et de leur conversion en une forme réutilisable.
La réalisation de cette étude avec Local Motors et la présentation de ces résultats sont les premiers pas de SABIC dans la recherche d’une solution circulaire pour l’industrie du LFAM. L’entreprise rédigera bientôt un rapport contenant les données détaillées de l’étude. SABIC s’engage à tirer parti de Chemistry That Matters™ pour soutenir les collaborations sur l’ensemble de la chaîne de valeur du LFAM afin de faire progresser la responsabilité sociale, la réduction de l’empreinte carbone et la circularité.
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