回收率可達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）中重復使用，其利用率可高達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)，材料供應商Sabic和新一代汽車制造商Local Motors已經聯(lián)合完成了一項關于回收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，其數量高達100%。這些見解可以幫助確定一條可行的道路，以實現循環(huán)和延長LFAM行業(yè)使用的材料的生命周期。

Sabic的高級應用開發(fā)工程師WalterThompson表示："隨著大尺寸增材制造的應用加快，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已經調查了使用機械研磨的廢舊材料和從LFAM產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，并標志著在價值鏈中支持再利用的第一步。"

當地一家汽車公司的技術產品總監(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)，但這項研究的結果指出了可持續(xù)循環(huán)產品的光明前景"。

大型印刷部件循環(huán)利用的挑戰(zhàn)

目前，在回收生產后的LFAM部件和廢料方面還沒有既定的價值鏈。這一系列復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施的物流。

重復使用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，應考慮這些因素。

Sabic-Local Motors的研究包括對可打印性、產量和機械性能的評估。為了評估可打印性，研究實驗準備了六個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。

這項研究強調了工業(yè)化后的LFAM刨花和部件的可重復利用性。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有空白。在LFAM生態(tài)鏈中，包括樹脂制造商、轉換器、3D打印機和回收商，需要進行大規(guī)模的集體努力，以設計一種經濟的方法來收集廢料并將其轉化為可重復使用的形式。