Rigenerazione di materiali compositi rinforzati con fibre di vetro a fine vita tramite stampa 3D assistita da raggi UV

Riciclaggio nella produzione additiva: in arrivo il cerchio completo con materiali compositi rinforzati con fibre di vetro a fine vita

Nel recente pubblicato ” Rigenerazione di materiali compositi rinforzati con fibre di vetro a fine vita tramite stampa 3D assistita da raggi UV “, gli autori Andrea Mantelli, Marinella Levi, Stefano Turri e Raffaella Suriano, del Politecnico di Milano , hanno aperto uno studio per indagare potenziale della stampa 3D per compositi a fine vita (EoL).

Le loro aspettative su questo lavoro sono strutture ecosostenibili che possono essere create in modo economico e veloce, con geometrie complesse e proprietà meccaniche adeguate. Le applicazioni suggerite sono l’arredo urbano e il rinnovamento urbano, tutto per un “modello di economia circolare”. I ricercatori approfondiscono l’argomento del riciclaggio nella stampa 3D; e mentre a volte può essere una procedura complessa, è fondamentale a causa della grande quantità di materiali che vengono scartati al termine della loro utilità o considerati rifiuti dopo una stampa non riuscita.

Sottolineando che i polimeri rinforzati con fibre sono una “peculiare classe di materiali tecnici”, i ricercatori sono consapevoli delle sfide del riciclaggio, rispetto ai materiali termoplastici, di natura più ricca a causa di molteplici materiali. Poiché quantità sempre crescenti di questi rifiuti compositi stanno raggiungendo la fine del ciclo di vita (EoL), è fondamentale ora trovare modi migliori per riciclare, piuttosto che scaricare queste parti in discarica. Alla fine, ciò che i ricercatori vorrebbero vedere è un allontanamento da “prendere, fabbricare e smaltire” e uno verso il “riutilizzo, riciclaggio, riparazione e rigenerazione”.

Oggi, nella maggior parte dei programmi, i costi del riciclaggio superano i vantaggi, soprattutto con i compositi rinforzati con fibra di vetro (GFRC). In alcuni casi questi materiali possono essere riciclati mediante macinazione, scissione o frantumazione e formatura a caldo e / o freddo. Le fibre di vetro riciclate possono anche essere usate come riempitivi. I ricercatori affermano anche il potenziale per l’utilizzo di polimeri di scarto per produrre filamenti.

“Molto recentemente, i compositi termoplastici rinforzati con fibra di carbonio continua sono stati riciclati e rigenerati mediante la tecnologia di modellazione a deposizione fusa (FDM)”, affermano i ricercatori.

Qui, hanno sperimentato la stampa 3D dei GFRC per esplorare l’efficacia nel riutilizzo dei riciclati solidi triturati.

Il team di ricerca ha riscontrato il miglior successo nella stampa con la composizione 20D45R poiché l’oggetto prodotto era “impeccabile”. Sono stati in grado di modificare la propria stampante 3D, aggiungendo un terzo LED UV e supporto specifico per queste funzionalità.

“In un processo di stampa basato su LDM, lo studio del comportamento reologico degli inchiostri stampabili è cruciale perché la viscosità dell’inchiostro influenza il suo flusso attraverso l’ugello di estrusione, influenzando quindi la stampabilità degli inchiostri estrusi e la possibilità di ottenere oggetti tridimensionali”, ha dichiarato i ricercatori. “Per analizzare il comportamento reologico di diversi inchiostri stampabili, sono state studiate diverse composizioni variando la percentuale di diluente reattivo e GFRC riciclati”.

I compositi stampati in 3D mostravano una buona qualità della superficie, sebbene i campioni mostrassero un allungamento alla rottura che era “leggermente più alto” dei compositi stampati. Si sospettava che ciò potesse essere dovuto a difetti nei campioni compositi stessi.

Composizioni, oggetti stampati tridimensionali e relativi parametri di processo per tre inchiostri tridimensionali stampabili

Le strutture stampate in 3D sono state lucidate e quindi trattate con un’applicazione di gel coat, levigando la trama e offrendo un aspetto estetico migliore.

I motivi di riempimento sono stati fabbricati con successo e le sporgenze con un angolo di inclinazione di 30 ° sono state stampate senza necessità di supporti.

“I risultati di questo lavoro mostrano per la prima volta che una tecnologia di stampa tridimensionale assistita da UV a basso costo può essere utilizzata per la rigenerazione di GFRC e alcune strutture complesse sono state stampate come una prova di concetto”, hanno concluso i ricercatori . “Questo studio apre la strada alla reintroduzione dei rifiuti GFRC da diversi campi di applicazione (ad es. Pale di turbine eoliche e componenti di costruzione) al ciclo di produzione di compositi ad alte prestazioni.”

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