回收率可達(dá)100%,！3D打印過(guò)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(kāi)展的一項(xiàng)聯(lián)合研究表明來(lái)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(lái)自Sabic

為了促進(jìn)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(xiàng)關(guān)于回收3D打印過(guò)程中的廢舊熱塑性塑料部件和刨花的可行性研究。

這項(xiàng)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(qiáng)化合物的可打印性和機(jī)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(wú)定型樹(shù)脂,，如ABS、PPE,、PC和PEI,。

研究還確定來(lái)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(jiàn)解可以幫助確定一條可行的道路，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)和延長(zhǎng)LFAM行業(yè)使用的材料的生命周期,。

Sabic的高級(jí)應(yīng)用開(kāi)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(lái)處理大型打印部件。Sabic和Local Motors已經(jīng)調(diào)查了使用機(jī)械研磨的廢舊材料和從LFAM產(chǎn)生的報(bào)廢零件的實(shí)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(jià)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(shuō)："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(bào)廢的零件帶來(lái)價(jià)值是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn),，但這項(xiàng)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(méi)有既定的價(jià)值鏈。這一系列復(fù)雜的步驟包括管理定位,、收集和運(yùn)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(gè)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(gè)步驟都會(huì)增加累積的熱歷史,，這往往會(huì)分解聚合物鏈，減少纖維長(zhǎng)度,，并會(huì)影響性能,。在確定材料再利用的機(jī)會(huì)時(shí)，應(yīng)考慮這些因素,。

Sabic-Local Motors的研究包括對(duì)可打印性,、產(chǎn)量和機(jī)械性能的評(píng)估。為了評(píng)估可打印性,，研究實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備了六個(gè)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(jī)器上監(jiān)測(cè)這些樣品的產(chǎn)量和熔體流速的變化,。每個(gè)樣品都被用來(lái)打印一個(gè)單壁六角形，這是Sabic公司用于加工和材料表征的典型測(cè)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(méi)有顯示出材料流動(dòng)的問(wèn)題,。

測(cè)試材料的機(jī)械性能

為了進(jìn)行機(jī)械性能評(píng)估,，從每個(gè)六邊形印刷件上切下了試樣。以測(cè)試方法D638為準(zhǔn)則進(jìn)行拉伸性能測(cè)試,，并按照修改后的ASTM D-790測(cè)試方法進(jìn)行三點(diǎn)彎曲測(cè)試,，以測(cè)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(duì)于彎曲性能,，也出現(xiàn)了同樣的漸進(jìn)趨勢(shì)，對(duì)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(cè)試顯示，隨著再研磨百分比的增加,，機(jī)械強(qiáng)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(xiàng)研究強(qiáng)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(fèi)后的廢舊材料都提供了再利用的潛力,。然而，在這個(gè)過(guò)程可行之前,，需要填補(bǔ)回收價(jià)值鏈中的現(xiàn)有空白,。在LFAM生態(tài)鏈中，包括樹(shù)脂制造商,、轉(zhuǎn)換器,、3D打印機(jī)和回收商，需要進(jìn)行大規(guī)模的集體努力,，以設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)收集廢料并將其轉(zhuǎn)化為可重復(fù)使用的形式,。