SABIC, Local Motors führt Machbarkeitsstudie für wiederaufbereitete, 3D-gedruckte thermoplastische Teile und Späne durch

Mit dem Wunsch, die Zirkularität der großformatigen additiven Fertigung (LFAM) zu verbessern, haben SABIC (Riad, Saudi-Arabien), ein multinationales Chemieunternehmen, und Local Motors (Phoenix, Arizona, USA), ein Fahrzeughersteller der nächsten Generation, eine gemeinsame Studie zur Machbarkeit des Recyclings von thermoplastischen Altteilen und Spänen aus dem 3D-Druckverfahren abgeschlossen. Die Studie untersuchte nachhaltigere Alternativen zur Deponierung großer gedruckter Teile in Erwartung einer breiteren Einführung von LFAM. Es umfasste die Analyse der Bedruckbarkeit und der mechanischen Eigenschaften von SABICs LNP THERMOCOMP AM-verstärktem Compound, das von Local Motors verwendet wird, nachdem es gedruckt, wiederaufbereitet, gemahlen und zu Pellets verarbeitet wurde.

Die Studie ergab, dass Material aus Nachproduktionsteilen und Ausschuss potenziell in LFAM- oder anderen Prozessen wie Spritzguss oder Extrusion in Mengen bis zu 100 % wiederverwendet werden kann. Laut SABIC und Local Motors können diese Erkenntnisse dazu beitragen, einen praktikablen Weg zur Zirkularität und einem verlängerten Lebenszyklus für Materialien zu identifizieren, die von der LFAM-Industrie verwendet werden.

„Mit zunehmender Akzeptanz von LFAM ist es wichtig, nachhaltige Alternativen zur Deponierung großer gedruckter Teile zu finden“, sagt Walter Thompson, Senior Application Development Engineer bei SABIC. „SABIC und Local Motors haben die Praktikabilität der Verwendung von mechanisch gemahlenem Schrott und aus LFAM erzeugten Altteilen [EOL] untersucht. Unsere Studie hat ein großes Potenzial für die Wiederverwendung dieser Materialien aufgezeigt und ist ein erster Schritt zur Unterstützung der Wiederverwendung innerhalb der Wertschöpfungskette.“

„Fahrzeuge der nächsten Generation zu bauen bedeutet, Fertigungsprozesse der nächsten Generation zu nutzen“, fügt Johnny Scotello, Director of Technical Product bei Local Motors, hinzu. „Wir sind stolz darauf, mit SABIC zusammenzuarbeiten, um LFAM nachhaltiger zu machen. Die Wertsteigerung von Schrott- oder EOL-Teilen ist eine schwierige Herausforderung, aber die Ergebnisse dieser Studie weisen auf eine glänzende Zukunft für nachhaltige, zirkuläre Produkte hin.“

Herausforderungen bei der Wiederverwendung großer gedruckter Teile

Derzeit gibt es keine etablierte Wertschöpfungskette für die Rückgewinnung von LFAM-Teilen und -Schrott nach der Produktion, sagen SABIC und Local Motors. Diese komplexe Abfolge von Schritten umfasst die Verwaltung der Logistik zum Auffinden, Sammeln und Transportieren großer Teile zu einer Einrichtung, die das Material reinigen, schneiden, nachschleifen und wiederverwenden kann.

Eine weitere Herausforderung bei der Wiederverwendung von LFAM-Materialien ist der potenzielle Abbau durch mehrere Wärmezyklen (Schleifen, erneutes Pelletieren, erneutes Vermischen usw.). Jeder Schritt trägt zur kumulativen Wärmeentwicklung bei, die dazu neigt, die Polymerketten aufzubrechen und die Faserlänge zu reduzieren und die Leistung beeinträchtigen kann. Diese Faktoren sollten bei der Ermittlung von Möglichkeiten zur Materialwiederverwendung berücksichtigt werden.

Studienmethoden und Ergebnisse

Die Studie von SABIC-Local Motors umfasste Bewertungen der Bedruckbarkeit, des Durchsatzes und der mechanischen Eigenschaften. Um die Bedruckbarkeit zu beurteilen, wurden sechs Materialproben des LNP THERMOCOMP AM Compounds mit 0, 15, 25, 50, 75 bzw. 100 % wiederaufbereitetem Inhalt hergestellt. Diese Proben wurden auf Änderungen des Durchsatzes und der Schmelzflussrate auf der Big Area Additive Manufacturing (BAAM)-Maschine von SABIC von Cincinnati Inc. (CI, Harrison, Ohio, USA) im Polymer Processing Development Center des Unternehmens in Pittsfield, Massachusetts, überwacht. Jede Probe wurde verwendet, um ein einwandiges Sechseck zu drucken, das die typische Testteilgeometrie von SABIC für die Verarbeitung und Materialcharakterisierung ist. Alle Muster wurden Berichten zufolge gut gedruckt, mit einer glatten, glänzenden Oberfläche und geraden, gleichmäßigen Schichten, die keine Probleme mit dem Materialfluss zeigten.

Für die Bewertung der mechanischen Eigenschaften wurden Proben aus jedem sechseckigen gedruckten Teil geschnitten. Diese wurden auf Zugeigenschaften unter Verwendung des Testverfahrens D638 als Richtlinie und auf Biegemodul unter Verwendung eines Dreipunkt-Biegetests nach einem modifizierten ASTM D-790-Testverfahren getestet. Die Ergebnisse zeigten ausgezeichnete Zugeigenschaften bei den Teilproben, die kleinere Prozentsätze an Regenerat enthielten, und nur inkrementelle Abnahmen bei den Proben, die größere Prozente an Regenerat enthielten. Die 100 % Mahlgutprobe erfuhr eine Verringerung der Zugeigenschaften in x-Richtung um nur 20 % und in z-Richtung um 15 %. Bei den Biegeeigenschaften trat der gleiche allmähliche Trend auf, wobei der Biegemodul nur um 14 % in x-Richtung und um 12 % in z-Richtung für die Probe mit 100 % Mahlgut abnahm.

Wie erwartet, zeigten Zug- und Biegetests eine abnehmende mechanische Festigkeit mit zunehmendem Anteil an Mahlgut. Dieser Befund ist typisch für Mahlgut, das in anderen Verfahren wie Spritzguss und Extrusion verwendet wird.

Vorausschau

Diese Studie unterstreicht die Wiederverwendbarkeit von postindustriellen LFAM-Spänen und -Teilen. SABIC und Local Motors sagen, dass sowohl Post-Industrial- als auch Post-Consumer-Schrotte Potenzial für die Wiederverwendung bieten; Allerdings müssen bestehende Lücken in der Recycling-Wertschöpfungskette geschlossen werden, bevor dieser Prozess tragfähig sein kann. Eine große gemeinsame Anstrengung der LFAM-Community, einschließlich Harzhersteller, Verarbeiter, 3D-Drucker und Recycler, ist erforderlich, um eine wirtschaftliche Methode zum Sammeln von Schrott und seiner Umwandlung in eine wiederverwendbare Form zu entwickeln.

Die Durchführung dieser Studie mit Local Motors und die Präsentation dieser Ergebnisse sind die ersten Schritte von SABIC, um eine zirkuläre Lösung für die LFAM-Industrie zu finden. Das Unternehmen wird in Kürze einen Bericht mit detaillierten Daten aus der Studie erstellen. SABIC setzt sich dafür ein, Chemistry That Matters zu nutzen, um Kooperationen entlang der gesamten LFAM-Wertschöpfungskette zu unterstützen, um soziale Verantwortung, einen geringeren CO2-Fußabdruck und Kreislaufwirtschaft zu fördern.