L’esercito americano ricicla bottiglie di plastica da usare nella stampa 3D

L’esercito americano sta riciclando bottiglie di plastica usate per la stampa 3D di parti di importanza critica

I soldati sul campo di battaglia o nelle basi remote spesso devono aspettare settimane per i pezzi di ricambio quando un pezzo chiave di equipaggiamento si rompe. Ora i ricercatori del US Army Research Laboratory e del US Marine Corps hanno trovato un modo per fabbricare queste parti in poche ore usando plastiche di scarto, come bottiglie d’acqua, cartone e altri materiali riciclabili trovati sulla base come materiali di partenza per la stampa 3D.

“Le potenziali applicazioni per le tecnologie di produzione additive sono vaste, dai modelli di pre-produzione e parti provvisorie alle parti di aerei e agli impianti medici per uso finale”, ha affermato la ricercatrice di ARL, la dott.ssa Nicole Zander.

Fornire le truppe da combattimento con cibo, carburante, munizioni e pezzi di ricambio è un compito monumentale, che richiede migliaia di personale di supporto, appaltatori e produttori. In totale, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha un inventario di 5 milioni di articoli distribuiti attraverso otto distinte catene di approvvigionamento, secondo l’Ufficio per la responsabilità del governo degli Stati Uniti. Tuttavia, pochi di questi articoli sono accumulati in posizioni di prima linea, il che significa che le truppe in quelle aree possono sperimentare occasionali carenze di materiali importanti. Molte di queste unità hanno stampanti 3D in grado di produrre pezzi di ricambio e altre attrezzature, ma si basano su materie prime tradizionali, come i filamenti di plastica disponibili in commercio, che devono essere requisite, e possono richiedere giorni, settimane o addirittura mesi per arrivare.

La ricerca di Zander e del co-collaboratore Capt. Anthony Molnar del Corpo dei Marines degli Stati Uniti, ha generato il filamento di stampa 3D da polietilene tereftalato riciclato , o PET, da bottiglie e plastica senza alcuna modifica chimica o additivo. Le materie plastiche PET, che si trovano nelle bottiglie di acqua e soda, sono materiali di scarto comuni trovati attorno alle basi. Sebbene il PET sia ampiamente utilizzato in molte applicazioni, non è ampiamente utilizzato come materia prima per la stampa 3D FFF a causa della sua elevata temperatura di fusione, assorbimento d’acqua e problemi con la cristallinità.

I ricercatori hanno usato un processo chiamato polverizzazione a taglio allo stato solido per generare filamenti compositi in PP / cellulosa. In questo processo, la plastica triturata e la carta, il cartone o la farina di legno sono stati polverizzati in un estrusore bivite per generare una polvere fine che è stata quindi lavorata a fusione in filamenti di stampa 3D.

I ricercatori hanno eseguito test meccanici su filamenti di plastica PET e il loro lavoro dimostra che i filamenti PET riciclati sono resistenti e flessibili come i filamenti disponibili in commercio per le stampanti 3D. Nei test, il team ha utilizzato filamenti di PET riciclati per stampare una staffa della radio del veicolo, un oggetto militare a lungo termine. Questo processo richiese circa 10 bottiglie d’acqua e ci vollero circa due ore per essere completato.

Zander ha spiegato: “In termini di proprietà meccaniche, la maggior parte dei polimeri utilizzati nella FFF hanno una resistenza alla rinfusa tra 30 e 100 MPa. Il PET riciclato ha una resistenza media di 70 MPa, e quindi può essere un materiale di stampa 3D adatto .”

La dott.ssa Nicole Zander, ARL, dimostra l’equipaggiamento per il capitano Anthony Molnar, US Marine Corps. (Foto dell’esercito americano di Jhi Scott)

Il team ha anche esplorato la stampa 3D con altri tipi di plastica, come il polipropilene (PP), utilizzato in contenitori di yogurt o ricotta o in polistirene (PS), utilizzato per utensili di plastica. Da sole queste plastiche non funzionano bene, ma il team ha scoperto che mescolandole con altre materie plastiche, o l’aggiunta di riempitivi come agenti rinforzanti o indurenti, è possibile generare filamenti forti e flessibili.

I ricercatori hanno affermato che la forza trainante per questo lavoro è di migliorare la capacità e la prontezza dei vigili del fuoco, consentendo riparazioni durante il dispiegamento e riducendo la dipendenza della catena logistica.

Il team di Zander sta costruendo un rimorchio mobile per il riciclaggio che consentirà ai soldati di riutilizzare la plastica in materie prime per la stampa 3D. Sta anche esplorando modi per stampare materiali da palline di plastica invece di filamenti, cosa che potrebbe aiutare i soldati a produrre rapidamente parti e macchinari stampati in 3D di grandi dimensioni.

“Abbiamo ancora molto da imparare su come elaborare al meglio questi materiali e quali tipi di additivi miglioreranno le loro proprietà”, ha detto Zander. “Il lavoro futuro comprenderà testare parti a lungo cavo stampate in 3D contro parti originali per determinare se possono essere una sostituzione adatta a lungo termine o almeno temporanea.”

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