Confronto fra componenti stampate in 3D realizzate con PLA vergine e riciclato

Mentre la stampa 3D continua a crescere a passi da gigante, crea ancora molti sprechi, a causa di strutture di supporto rimosse, prototipi usa e getta, stampe non riuscite e più iterazioni. Fortunatamente, il PLA è biodegradabile e gli scarti possono essere facilmente gestiti in diversi modi, come la combustione, il compostaggio e lo scarico in discarica. Tuttavia, il metodo migliore è il riciclaggio: in termini di impatto ambientale, è 16 volte migliore della combustione e 50 volte migliore del compostaggio e la sua impronta di carbonio è 3000 volte inferiore a quella di alcune materie plastiche a base di petrolio, come l’ABS.

Nel corso degli anni, molte aziende di stampa 3D hanno iniziato a offrire filamenti per stampa 3D realizzati con rifiuti di consumo riciclati e persino con filamenti riciclati . Sono disponibili anche estrusori di filamenti per le persone che desiderano riciclare il materiale usato a casa. I ricercatori Isabelle Anderson hanno recentemente pubblicato un documento, intitolato ” Proprietà meccaniche dei campioni stampati con acido polilattico vergine e riciclato “, sul suo lavoro di valutazione delle varie proprietà dei campioni stampati in 3D realizzati con filamento di PLA vergine e confrontandoli con campioni fabbricati con PLA filamento ricavato dal riciclaggio degli originali stampati in 3D.

L’abstract dice: “Con il tasso di crescita annuale del 26% della produzione additiva, specialmente nell’area della stampa polimerica 3D, la quantità di rifiuti aumenta a un ritmo rapido. Sono state prodotte ricerche limitate nel settore del riciclaggio, ma esistono diversi macchinari di riciclaggio in fase di sviluppo per uso domestico. Nonostante questo lavoro non ci sono dati meccanici pubblicati sui componenti prodotti con filamenti riciclati da parti stampate in 3D. Vi sono dati molto limitati sulle proprietà meccaniche di qualsiasi materiale stampato in 3D. Questo articolo confronta le proprietà delle parti stampate in 3D con acido polilattico vergine (PLA) con quelle stampate con PLA riciclato. Utilizzando il PLA disponibile in commercio e una stampante 3D entry-level, sono stati prodotti campioni di trazione e di taglio e successivamente testati per resistenza a snervamento, modulo di elasticità, resistenza a snervamento e durezza. I campioni sono stati quindi macinati e riestrusi nel filamento, e una seconda serie di campioni è stata prodotta e testata utilizzando questo filamento di PLA riciclato. I test meccanici hanno dimostrato che la stampa 3D con PLA riciclato è un’opzione praticabile. Con il filamento riciclato, la resistenza alla trazione è diminuita del 10,9%, la resistenza al taglio è aumentata del 6,8% e la durezza è diminuita del 2,4%. Il modulo di elasticità a trazione era statisticamente invariato. Sebbene le proprietà meccaniche medie prima e dopo il riciclo fossero simili, c’era una maggiore variabilità nei risultati del filamento riciclato. Inoltre, quando si stampa con il filamento riciclato si è verificato un intasamento dell’ugello, mentre non si è verificato alcun problema con il filamento vergine. Nel complesso, le proprietà meccaniche dei campioni stampati in 3D dal filamento di PLA riciclato erano simili alle proprietà vergini,
Il riciclaggio distribuito nelle aziende e nelle case, se confrontato con il riciclaggio centralizzato, può ridurre i gas serra e potenzialmente potrebbe risparmiare oltre 100 milioni di MJ di energia ogni anno. Tuttavia, non ci sono molti dati sulle proprietà meccaniche delle plastiche stampate vergini 3D, e ancora meno sulla plastica stampata 3D riciclata .

Anderson ha scelto di valutare il PLA nel suo studio perché è abbastanza facile da riciclare nel filamento e in 3D ha stampato tutti i campioni su un Flashforge Creator.

“I provini iniziali sono stati prodotti utilizzando un filamento di PLA vergine con un diametro nominale di 1,75 mm. I campioni di trazione sono stati fabbricati secondo lo standard AS6 (American Society of Testing Materials) D638-14 Tipo IV “, ha scritto Anderson. “I campioni di taglio sono stati fabbricati come piastre quadrate con dimensioni di 51,2 × 51,2 × 3,9 mm.”

I test di trazione e di taglio sono stati entrambi condotti su una macchina di prova Instron 3369, mentre un durometro digitale Shore D palmare è stato utilizzato per testare la durezza quattro volte dalla metà dei campioni di taglio. Dopo aver testato gli esemplari realizzati con filamenti di PLA vergine, Anderson li ha inviati a  Filabot , dove sono stati macinati e ri-estrusi in un filamento di stampa 3D da 1,75 mm.

“Quando è stato ricevuto il filamento riestruso, il secondo set di provini a trazione e taglio è stato prodotto utilizzando la stessa attrezzatura, software e metodo usati nel primo set. Questi campioni sono stati quindi testati con le stesse attrezzature e metodi descritti sopra “, ha scritto Anderson.
I risultati hanno mostrato che le proprietà dei campioni stampati in 3D con PLA vergine erano simili a quelle del filamento riciclato, che è “incoraggiante per il progresso della tecnologia di riciclaggio nell’area della stampa 3D”.

“Sebbene ci fossero alcune piccole difficoltà nel lavorare con il filamento riciclato, produceva esemplari con proprietà molto utilizzabili”, ha scritto Anderson. “Questi dati sono tra i primi con campioni di grandi dimensioni, compresi tra 25 e 32, che mostrano valori di trazione, cesoiatura e durezza per il PLA stampato in 3D, sia in formato vergine che riciclato. Ciò consente di verificare che, utilizzando una stampante 3D entry-level, i componenti possono essere prodotti con filamenti riciclati da parti precedentemente stampate in 3D con proprietà meccaniche coerenti che sono solo leggermente inferiori rispetto alle parti originali. ”
Apparecchio per prove di taglio ASTM D732-10.
Anche i due tipi di campioni sembravano simili, mostrando una finitura superficiale e un diametro costanti. Tuttavia, c’erano alcune differenze tra il PLA riciclato e vergine, incluso il fatto che le proprietà meccaniche medie dei campioni riciclati stampati in 3D erano inferiori del 2-11% rispetto a quelle delle stampe realizzate con PLA vergine. Inoltre, la resistenza media al taglio del materiale riciclato era del 6,8% superiore a quella del PLA vergine. Ma ci sono diverse possibili ragioni per queste discrepanze, come un diverso rapporto di Poisson.

“Questo progetto produce preziosi dati di base su PLA stampati in 3D e convalida il processo di riciclaggio con dati simili utilizzando il PLA riciclato”, ha concluso Anderson. “I dati prodotti dimostrano che il riciclaggio di materiali di scarto stampati in 3D in filamenti utilizzabili può produrre parti con proprietà simili a quelle prodotte con filamenti vergini. Ciò crea il potenziale per salvare quantità significative di materie prime, costi, energia e  emissioni di CO 2 nella produzione di componenti stampati in 3D. ”

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