SABIC y Local Motors conducen un estudio de viabilidad del reciclaje de los sobrantes del proceso de impresión 3D

AMSTERAM, PAÍSES BAJOS, 8 de junio de 2021 - Con el deseo de mejorar la circularidad de la fabricación aditiva de gran formato (LFAM), SABIC, líder mundial del sector químico, y Local Motors, fabricante de vehículos de próxima generación, han llevado a cabo un estudio conjunto sobre la viabilidad del reciclaje de piezas termoplásticas sobrantes y rebabas del proceso de impresión 3D. El estudio exploraba alternativas más sostenibles al vertedero para los componentes impresos más grandes, en previsión de la adopción cada vez mayor de la LFAM. Se analizaba la imprimibilidad y las propiedades mecánicas del compuesto reforzado LNP^™ THERMOCOMP^™ AM de SABIC, utilizado por Local Motors, tras ser impreso, recuperado, triturado y reprocesado en forma de pellets. El estudio ha constatado que el material procedente de residuos y componentes de postproducción tiene potencial para ser reutilizado en LFAM y otros procesos, como el moldeo por inyección o la extrusión, en cantidades de hasta el cien por cien. Estos resultados pueden ayudar a identificar un camino viable hacia la circularidad y hacia la extensión del ciclo de vida de los materiales utilizados en la industria de la LFAM.

«A medida que la adopción de la fabricación aditiva de gran formato se acelera, es fundamental encontrar alternativas sostenibles a los vertederos para los componentes impresos grandes —dice Walter Thompson, ingeniero jefe de desarrollo de aplicaciones de SABIC—. SABIC y Local Motors han investigado los aspectos prácticos de usar componentes al final de su vida útil y material sobrante, ambos generados por LFAM, una vez triturados mecánicamente. Nuestro estudio demuestra que reutilizar estos materiales tiene un gran potencial, lo que supone un primer paso para apoyar la reutilización dentro de la cadena de valor».

«Cuando construyes vehículos de próxima generación tienes que adoptar procesos de fabricación de próxima generación —dice Johnny Scotello, director de Producto Técnico en Local Motors—. Nos enorgullece trabajar con SABIC para hacer que la fabricación aditiva de gran formato sea más sostenible. Aportar valor al material sobrante o a las piezas al final de su vida útil es todo un desafío, pero los resultados de este estudio indican un futuro brillante para los productos circulares y sostenibles».

Los retos de reutilizar componentes impresos grandes

Actualmente no existe una cadena de valor establecida para recuperar piezas y material sobrante de postproducción de LFAM. En esta compleja secuencia de pasos interviene la logística de localizar, recuperar y transportar los componentes grandes hasta alguna instalación con capacidad para limpiar, cortar, triturar y readaptar la función del material.

Otro reto que plantea la reutilización de materiales de LFAM es la potencial degradación ocasionada por los múltiples ciclos térmicos (triturado, repeletización, recompounding, etc). Cada uno de esos pasos añade un historial térmico acumulativo, que tiende a romper las cadenas del polímero y a reducir la longitud de la fibra, todo lo cual puede afectar a las prestaciones. Son factores a tener en cuenta a la hora de identificar oportunidades para la reutilización de materiales.

Método y resultados del estudio

El estudio SABIC-Local Motors abarcaba evaluaciones de imprimibilidad, productividad y propiedades mecánicas. Para estudiar la primera se prepararon seis muestras de material de compuesto LNP THERMOCOMP AM con un contenido reprocesado del 0%, 15%, 25%, 50%, 75% y 100%, respectivamente. Se controlaron los cambios de productividad y de índice de fluidez que sufrían las muestras en la máquina Big Area Additive Manufacturing (BAAM^®) de Cincinnati Inc. que SABIC tiene en su Centro de Desarrollo de Transformación de Polímeros de Pittsfield (Massachussetts, Estados Unidos). Con cada muestra se imprimió un hexágono de pared única, que es la pieza geométrica de ensayo que siempre emplea SABIC para la transformación y caracterización de los materiales. Todas las muestras se imprimieron bien, con una superficie lisa y brillante y capas rectas y uniformes que no plantearon problemas de fluidez de material.

Para la evaluación de las propiedades mecánicas, se recortaron muestras de cada pieza hexagonal impresa y se probaron sus propiedades de resistencia a la tracción partiendo del método de ensayo D638 como guía y su módulo de flexión con un ensayo de flexión a tres puntos conforme a un método ASTM D-790 modificado. Los resultados demostraron propiedades de tracción excelentes en las muestras de los componentes que contenían porcentajes menores de material reciclado molido y solo reducciones incrementales en las muestras que incluían mayores porcentajes de ese material. La muestra con el 100% de material reciclado molido experimentó tan solo una reducción del 20% en las propiedades de tracción en la dirección X y del 15% en la dirección Z. Esa misma tendencia gradual se observó para las propiedades de flexión y, también en la muestra del 100%, el módulo de flexión disminuyó un 14% en la dirección X y un 12% en la dirección Z.

Como era de prever, los ensayos de resistencia a la tracción y flexión demostraron una disminución de la resistencia mecánica cuanto mayor era el porcentaje de material reciclado molido presente. Este resultado se suele dar también en el uso de material reciclado de otros procesos como el moldeo por inyección y la extrusión.

Mirando hacia el futuro

Este estudio subraya la reciclabilidad de los componentes y las rebabas postindustriales de la LFAM. Tanto los materiales sobrantes postindustriales como los de post consumo ofrecen potencial de reutilización. No obstante, aún quedan lagunas por tapar en la cadena de valor del reciclaje antes de que este proceso sea viable. Hará falta un gran esfuerzo colectivo por parte de la comunidad de la LFAM —empresas fabricantes de resinas, de transformación, de impresión 3D y de reciclaje— para concebir un método económico de recuperar el material de desecho y convertirlo en una forma reutilizable.

La realización de este estudio con Local Motors y la presentación de estos resultados son los primeros pasos de SABIC en la búsqueda de una solución circular para la industria LFAM. Los detalles del estudio se recogerán en un informe de pronta publicación, dentro del compromiso de SABIC de utilizar la química que importa (Chemistry That Matters^™) para fomentar las colaboraciones a lo largo de toda la cadena de valor de la LFAM con vistas a avanzar hacia la responsabilidad social, la reducción de la huella de carbono y la circularidad.

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