Proprietà meccaniche della stampa diretta dei rifiuti di acido polilattico con estrusore a pellet universale: confronto con la fabbricazione di filamenti fusi su stampanti 3d desktop open source

Université de Lorraine: Stampa diretta dei rifiuti con pellet PLA contro stampa 3D FDM

Ricercatori francesi dell’Université de Lorraine valutano le tecniche di stampa 3D e riciclano le materie prime, illustrando in dettaglio il loro studio nelle proprietà meccaniche della stampa diretta dei rifiuti di acido polilattico con estrusore a pellet universale: confronto con la fabbricazione di filamenti fusi su stampanti tridimensionali desktop open source .’

Mentre la stampa 3D FDM (FFF) è diventata altamente accessibile e accessibile per gli utenti di tutto il mondo, in questo studio i ricercatori si concentrano anche sull’uso della fabbricazione granulare fusa (FGF). Esplorando il potenziale di “ecologizzazione continua del riciclaggio distribuito”, i ricercatori valutano le tecniche FDM e FGF per il desktop, sperimentando i seguenti filamenti di riciclaggio:

Filamento commerciale
pellet
Filamento distribuito
Pellet distribuito
Rifiuto

Quadro globale della sperimentazione. FFF, fabbricazione di filamenti fusi; FGF, fabbricazione granulare fusa; PLA, acido polilattico. Le immagini a colori sono disponibili online.

Gran parte della valutazione ha incluso lo studio approfondito dei granuli (granulometria) utilizzati a causa delle preoccupazioni relative alla qualità della riproducibilità nei campioni. Il costo è stato sostanzialmente ridotto, con un costo del materiale inferiore a 1 € / kg – rispetto a 20 € / kg per il filamento riciclato commerciale. Una migliore convenienza abbinata alla qualità delle prestazioni offre evidenti vantaggi agli utenti, con il potenziale per promuovere un’economia circolare e un riciclaggio efficiente.

“Grazie all’introduzione del prototipo rapido autoreplicante open source (RepRap), la tecnologia dominante della stampa 3D è la fabbricazione di filamenti fusi (FFF) mediante acido polilattico (PLA)”, hanno affermato i ricercatori. “Varie forme di sistemi di estrusione di filamenti si sono dimostrate efficaci nel riciclo del PLA. Tuttavia, il PLA si degrada ad ogni ciclo attraverso il ciclo di stampa / macinazione / estrusione in filamento / stampa. “

“Questo problema può essere parzialmente controllato aggiungendo PLA vergine a PLA, rivestimenti o rinforzi in fibra di carbonio riciclati”.

Eliminando in modo efficace la necessità di utilizzare il filamento e passare direttamente al riciclaggio dei rifiuti, i ricercatori si aspettano che continuino a emergere numerosi vantaggi: riduzione dell’uso di energia, tempi di produzione più rapidi e meno risorse per la produzione di filamenti.

Sono stati utilizzati i seguenti tipi di PLA:

Virgin, commerciale PLA 4043D di NatureWorks (forma di pellet)
Filamento di PLA riciclato di Formfutura per la stampa FFF
Filamento di PLA riciclato prodotto in situ in “condizioni fablab”, destinato alla stampa FFF
Materie prime pellettizzate per FGF
PLA triturato da rifiuti stampati in 3D, per FGF
Durante la sperimentazione del sistema FFF, i ricercatori hanno utilizzato un Prusa i3 con Marlin firmware v1.1.9.

La stampante FGF comprendeva un kit di estrusore a pellet39 adattato a una macchina commerciale FFF (Créality CR-10S pro48) che utilizza un firmware Marlin v1.1.19. Il kit di estrusione di pellet utilizza una coclea con diametro, riscaldatore a cartuccia e diametro dell’ugello che mescola ed espelle il materiale fuso. L’estremità calda della stampante FFF è stata adattata sostituendo il prototipo dell’estrusore a pellet, come mostrato nella Figura 2. Dopo aver effettuato l’assemblaggio meccanico, sono stati effettuati i primi test sperimentali per adattare la macchina alle nuove parti e calibrare la formazione di un estruso filamento utilizzando pellet di PLA vergine. Il fattore di estrusione è stato modificato per calibrare la rotazione dell’estrusore a vite.

La stampante FGF consisteva in un estrusore a pellet collegato a una stampante 3D CR-10S pro Créality utilizzando il firmware Marlin v1.1.19.

(a) FFF e (b) stampanti FGF utilizzate nella sperimentazione. .

Sono stati pesati e misurati otto campioni di prova, quindi valutati per quanto segue:

Resistenza alla trazione
Sforzo
Modulo elastico

Stampabilità di materiali PLA triturati esempi.

Stampabilità di materiali PLA triturati.

“Per quanto riguarda l’aspetto economico, utilizzando la stampante FGF con pellet di PLA vergine, si ha una riduzione del 65% del costo di stampa per chilogrammo e un tempo di produzione più breve rispetto ai filamenti commerciali riciclati, che è un’opzione non trascurabile. I risultati mostrano che il costo principale nella stampa 3D FFF è nell’acquisizione di filamenti. Tuttavia, l’acquisizione di filamenti di materiale riciclato riduce i costi in relazione all’acquisizione di filamenti di materiale vergine, fornendo una riduzione dell’uso di materie prime vergini nella stampa 3D ”, hanno concluso i ricercatori.

“Opportunità sorgono nella possibilità di utilizzare altri tipi di rifiuti riciclati, inclusi materiali flessibili e compositi (plastica / plastica) come è stato fatto su sistemi più grandi. Inoltre, sono necessari i principali fattori come la viscosità dei polimeri, che devono essere controllati nel processo FGF. “

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