Componenti ingegnerizzati con stampa 3D basati sul polipropilene riutilizzato

I ricercatori innovativi del TU Delft hanno lavorato con una vasta gamma di materiali di stampa 3D nel corso degli anni. Ora, la loro attenzione si sta spostando sul polipropilene, un polimero termoplastico utilizzato in una varietà di applicazioni, sebbene l’ingegneria non sia in genere tra queste.

I ricercatori di TU Delft Fred Veer, Foteini Setaki e Ton Riemslag, insieme a P. Sakkas di The New Raw , hanno pubblicato un nuovo articolo, intitolato ” La forza e la duttilità del polipropilene stampato 3D rinforzato con fibra di vetro “, che discute le possibilità tecniche per realizzare componenti ingegneristici stampati 3D basati su polipropilene riutilizzato.

L’abstract dice: “La possibilità di utilizzare un mix di polipropilene riciclato (PP) con un nuovo polipropilene rinforzato con fibra di vetro come fonte di materiali per componenti di ingegneria stampata in 3D viene investigata. La resistenza e l’allungamento alla frattura sono determinati per vari tipi di materiale e in relazione alla direzione di stampa. I valori misurati sono confrontati con i valori di letteratura per questi materiali in una condizione come nuova. È dimostrato che l’uso di PP riciclato degrada le proprietà del materiale. Il PP riciclato dai rifiuti domestici ha proprietà significativamente peggiori rispetto al PP riciclato dai rifiuti industriali. ”
Configurazione di prova: macchina di prova universale Zwick z10 con software di prova Expert 4.12.
Un sacco di materiale primario viene utilizzato per creare stampi monouso in plastica vergine per scopi di costruzione, che non è una grande notizia dal punto di vista ambientale. È molto più pratico utilizzare materie plastiche riciclate come materie prime e in passato è stata condotta una ricerca sull’uso del polietilene riciclato ad alta densità. Ma il PP ha proprietà meccaniche migliori e ha le proprietà termiche corrette per la stampa 3D.

Sfortunatamente, il PP riciclato è molto meno forte del PP inutilizzato. Per ottenere le proprietà desiderate, il PP riciclato viene spesso miscelato con il materiale vergine e le fibre.

“Per questa ricerca sono state testate diverse miscele di polipropilene riciclato, riciclato e vergine con fibre di vetro corte per esaminare i vari fattori che influenzano le proprietà complessive”, ha scritto il team. “Questa ricerca si è concentrata sulla resistenza al guasto e sulla tensione del materiale in quanto questi sono buoni indicatori per le prestazioni dei materiali e sono anche adatti per confrontare le diverse miscele”.
I ricercatori hanno miscelato miscele di PP riciclato, riciclato e vergine con fibre di vetro corte, quindi hanno inserito il materiale in un estrusore riscaldato con quattro camere per essere stampato in 3D in fogli. I fogli sono stati quindi tagliati a laser in campioni a forma di osso di cane e testati utilizzando una macchina di prova universale Zwick z10.

“Per le miscele 1 e 2 le proprietà sono state determinate nella direzione di stampa, 0 °, a 45 ° rispetto alla direzione di stampa ea 90 ° rispetto alla direzione di stampa”, hanno spiegato i ricercatori. “Le miscele 3, 4 e 5 sono state testate solo nella direzione 0 ° per consentire il confronto tra le miscele.”
I risultati mostrano chiaramente che la prevedibilità della resistenza di una miscela di materiali è stata degradata dall’uso del riciclo, sfortunatamente. Inoltre, è implicito che la direzione di stampa debba essere presa in considerazione in qualsiasi progetto e che la struttura debba essere modellata utilizzando le proprietà dipendenti dalla direzione. Poiché abbiamo a che fare con materiali compositi, i ricercatori hanno spiegato che “lo sforzo ingegneristico sarà molto maggiore rispetto ai materiali convenzionali”.

Un altro fattore importante da tenere in considerazione è la qualità del materiale riciclato: la media della resistenza della miscela 1 era solo dell’85% circa della resistenza media del polimero omo PP riempito con fibre di vetro al 10% vergine. C’è anche una diminuzione importante delle proprietà – una perdita di forza del 35% – quando una stampa è stata riciclata. Anche le proprietà sono state degradate in modo significativo quando i rifiuti domestici sono stati utilizzati come fonte di PP riciclata, al contrario dei rifiuti industriali.

“Aggiungere più fibre di vetro e usare meno polipropilene riciclato dà una miscela che si avvicina più chiaramente a quella del materiale vergine. Una progettazione eco-compatibile che utilizza grandi quantità di materiale riciclato avrà quindi sempre proprietà significativamente diminuite, portando all’uso di più materiale “, hanno concluso i ricercatori. “Di per sé questo non deve essere un problema, usare una quantità maggiore di materiale di scarto significa anche meno spreco da bruciare. Tuttavia, è anche chiaro che riutilizzare il materiale più di una volta porta a una perdita di proprietà più significativa, come è evidente dalla perdita di proprietà delle miscele 3 e 4 rispetto alle miscele 1 e 2. Uso di polipropilene riciclato per prodotti con un breve servizio la vita è quindi controproducente poiché produce rifiuti inutilizzabili che possono essere bruciati solo perché non si degradano biologicamente in un appezzamento di terra.
Il team ha anche affermato che non sembra esserci alcuna chiara relazione tra sforzo a rottura e stress da rottura e ha determinato che le proprietà a 45 ° o 90 ° rispetto alla direzione di stampa sono molto inferiori rispetto alla direzione di stampa.

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