回收率可达100%！3D打印过程中废旧热塑性塑料回收可行性研究

2021年6月10日，南极熊获悉，Sabic和本地汽车公司开展的一项联合研究表明来自生产后的零件和废弃材料可以在大型增材制造或其他工艺（如注射成型或挤压）中重复使用，其利用率可高达100%。

△图片来自Sabic

为了促进大尺寸快速成型制造（LFAM）的可再生循环，材料供应商Sabic和新一代汽车制造商Local Motors已经联合完成了一项关于回收3D打印过程中的废旧热塑性塑料部件和刨花的可行性研究。

这项研究探索了比塑料填埋式（多指大型部件）处理更环保的替代方案，以期待更广泛地采用LFAM。它包括分析Sabic公司的LNP Thermocomp AM增强化合物的可打印性和机械性能，该化合物被打印、回收、研磨和再加工成颗粒状后，被Local Motors使用。LNP Thermocomp AM化合物是基于无定型树脂，如ABS、PPE、PC和PEI。

研究还确定来自生产后的零件和废料的材料有可能被重新用于LFAM或其他工艺，如注塑或挤压，其数量高达100%。这些见解可以帮助确定一条可行的道路，以实现循环和延长LFAM行业使用的材料的生命周期。

Sabic的高级应用开发工程师WalterThompson表示："随着大尺寸增材制造的应用加快，必须找到可持续的替代方案来处理大型打印部件。Sabic和Local Motors已经调查了使用机械研磨的废旧材料和从LFAM产生的报废零件的实用性。我们的研究显示了循环使用这些材料的巨大潜力，并标志着在价值链中支持再利用的第一步。"

当地一家汽车公司的技术产品总监Johnny Scotello说："制造下一代汽车意味着接受下一代的制造工艺。我们很自豪能与Sabic公司合作，使大尺寸增材制造更具可持续性。为废旧或报废的零件带来价值是一项艰巨的挑战，但这项研究的结果指出了可持续循环产品的光明前景"。

大型印刷部件循环利用的挑战

目前，在回收生产后的LFAM部件和废料方面还没有既定的价值链。这一系列复杂的步骤包括管理定位、收集和运输大型部件到能够清洗、切割、重新研磨和重新利用材料的设施的物流。

重复使用LFAM材料的另一个挑战是多次热循环（研磨、重新造粒、重新复合等）可能造成的降解。每个步骤都会增加累积的热历史，这往往会分解聚合物链，减少纤维长度，并会影响性能。在确定材料再利用的机会时，应考虑这些因素。

Sabic-Local Motors的研究包括对可打印性、产量和机械性能的评估。为了评估可打印性，研究实验准备了六个LNP Thermocomp AM化合物的材料样品，分别含有0、15、25、50、75和100%的再加工成分。在Sabic公司位于马萨诸塞州皮茨菲尔德的聚合物加工发展中心的Cincinnati公司的大面积增材制造（BAAM）机器上监测这些样品的产量和熔体流速的变化。每个样品都被用来打印一个单壁六角形，这是Sabic公司用于加工和材料表征的典型测试部件的几何形状。所有的样品都打印得很好，表面光滑、有光泽，层数笔直、均匀，没有显示出材料流动的问题。

测试材料的机械性能

为了进行机械性能评估，从每个六边形印刷件上切下了试样。以测试方法D638为准则进行拉伸性能测试，并按照修改后的ASTM D-790测试方法进行三点弯曲测试，以测试弯曲模量。结果显示，含有较小比例的再磨材料的部件样品的拉伸性能非常好，而含有较大比例的再磨材料的样品的拉伸性能仅有递增的下降。100%的再研磨样品在X方向的拉伸性能只下降了20%，在Z方向下降了15%。对于弯曲性能，也出现了同样的渐进趋势，对于含有100%再磨的样品，弯曲模量在X方向仅下降了14%，在Z方向下降了12%。

正如预期的那样，拉伸和弯曲测试显示，随着再研磨百分比的增加，机械强度下降。这一发现是其他工艺（如注塑和挤压）中使用的再研磨物的典型特征。

这项研究强调了工业化后的LFAM刨花和部件的可重复利用性。工业后和消费后的废旧材料都提供了再利用的潜力。然而，在这个过程可行之前，需要填补回收价值链中的现有空白。在LFAM生态链中，包括树脂制造商、转换器、3D打印机和回收商，需要进行大规模的集体努力，以设计一种经济的方法来收集废料并将其转化为可重复使用的形式。