回復率は100％に達する可能性があります！廃棄熱可塑性プラスチックを3Dプリントでリサイクルする実現可能性調査

2021年6月10日、アンタークティックベアは、SabicとLocal Motorsが実施した共同研究により、生産後の部品や廃棄物を大規模な積層造形やその他のプロセス（射出成形や押し出し成形など）で最大100％の利用率で再利用できることが示されたことを知りました。
△写真はSabicより
大規模積層造形（LFAM）における再生サイクルを促進するため、材料サプライヤーのSabicと次世代自動車メーカーのLocal Motorsは共同で、3Dプリントプロセスから出る廃棄熱可塑性部品と削りくずのリサイクルに関する実現可能性調査を完了した。
この研究では、LFAM のより広範な採用を見越して、プラスチック (主に大型部品) の埋め立て処分に代わる、より環境に優しい代替手段を探求します。このプロジェクトでは、Sabic の LNP Thermocomp AM 強化コンパウンドの印刷性と機械的特性を分析しました。このコンパウンドは、Local Motors が使用するために印刷、リサイクル、粉砕され、ペレット状に再加工されました。 LNP Thermocomp AM コンパウンドは、ABS、PPE、PC、PEI などの非晶質樹脂をベースにしています。

この研究では、生産後の部品やスクラップからの材料が、LFAM または射出成形や押し出し成形などの他のプロセスで 100 パーセントも再利用される可能性があることも判明しました。これらの洞察は、循環への実行可能な道筋を特定し、LFAM 業界で使用される材料のライフサイクルを延長するのに役立ちます。
Sabic のシニアアプリケーション開発エンジニアである Walter Thompson 氏は、次のように述べています。「大規模な積層造形の採用が加速するにつれて、大型の印刷部品を処理するための持続可能な代替手段を見つけることが急務となっています。Sabic と Local Motors は、LFAM から生成される機械粉砕された廃棄物と使用済み部品の使用の実用性を調査しました。当社の調査は、これらの材料の循環使用に大きな可能性があることを示しており、バリューチェーンでの再利用をサポートする第一歩となります。」
ローカル・オートモーティブ社のテクニカル・プロダクト・ディレクター、ジョニー・スコテロ氏は次のように語っています。「次世代の自動車を製造するということは、次世代の製造プロセスを採用することを意味します。当社は、大規模な積層造形をより持続可能なものにするために、Sabic社と協力できることを誇りに思います。廃棄された部品や寿命の尽きた部品に価値をもたらすことは困難な課題ですが、この研究結果は持続可能な循環型製品の明るい未来を示しています。」

大型印刷部品のリサイクルの課題<br /> 現在、生産後の LFAM コンポーネントとスクラップをリサイクルするためのバリューチェーンは確立されていません。この複雑な一連の手順には、大型部品を探し出し、収集し、材料を洗浄、切断、再研磨、再利用できる施設に輸送する物流管理が含まれます。
LFAM 材料を再利用する際のもう 1 つの課題は、複数の熱サイクル (粉砕、再造粒、再配合など) によって引き起こされる潜在的な劣化です。各ステップで累積的な熱履歴が追加され、ポリマー鎖が分解され、繊維の長さが短くなり、パフォーマンスが低下する傾向があります。材料の再利用の機会を特定する際には、これらの要素を考慮する必要があります。

Sabic-Local Motors の調査には、印刷性、歩留まり、機械的性能の評価が含まれていました。印刷性を評価するために、0、15、25、50、75、100 パーセントの再処理含有量を含む 6 つの LNP Thermocomp AM 化合物の材料サンプルを準備しました。サンプルは、マサチューセッツ州ピッツフィールドにある Sabic のポリマー加工開発センターの Cincinnati Big Area Additive Manufacturing (BAAM) マシンでスループットとメルトフローレートの変化が監視されました。各サンプルは、Sabic が機械加工と材料特性評価に使用する典型的なテスト部品形状である単層六角形の印刷に使用されました。すべてのサンプルは、滑らかで光沢のある表面、まっすぐで均一な層で非常に良好に印刷され、材料の流れに問題はありませんでした。

材料の機械的特性をテストする<br /> 機械的特性評価のために、各六角形のプリントから試験片を切り出しました。引張特性は試験方法 D638 を使用してテストされ、曲げ弾性率は修正 ASTM D-790 3 点曲げ試験を使用してテストされました。結果は、再生材の割合が少ないコンポーネントサンプルの引張特性は非常に良好であるのに対し、再生材の割合が多いサンプルの引張特性は徐々に低下することを示しています。 100% 再研磨されたサンプルでは、X 方向の引張特性が 20% 低下し、Z 方向の引張特性が 15% 低下しただけでした。曲げ特性についても同様の漸進的傾向が見られ、100% 再生材を含むサンプルでは曲げ弾性率は X 方向でわずか 14%、Z 方向で 12% 減少しました。
予想通り、引張試験および曲げ試験では、再生材の割合が増加するにつれて機械的強度が低下することが示されました。この結果は、射出成形や押し出し成形などの他のプロセスで使用される再生材に典型的に見られます。
この研究は、工業化後の LFAM 削りくずと部品の再利用可能性に焦点を当てています。産業廃棄物と消費者廃棄物はどちらも再利用の可能性があります。しかし、このプロセスが実行可能になる前に、リサイクルバリューチェーンの既存のギャップを埋める必要があります。廃棄物を収集し、再利用可能な形に変換する経済的な方法を考案するには、樹脂メーカー、コンバーター、3D プリンター、リサイクル業者を含む LFAM エコシステム全体での大規模な共同の取り組みが必要です。

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