SABIC、Local Motorsは、再処理された3Dプリントされた熱可塑性部品と削りくずの実現可能性調査を実施しています

大規模積層造形（LFAM）、多国籍化学製造会社のSABIC（サウジアラビア、リヤド）、および次世代自動車メーカーのローカルモーターズ（フェニックス、アリゾナ州、米国）の循環性を改善したいという願望を持って、 3Dプリントプロセスからのスクラップ熱可塑性部品と削りくずのリサイクルの実現可能性に関する共同研究を完了しました。この調査では、LFAMの普及を見越して、大きな印刷部品を埋め立てるより持続可能な代替案を検討しました。これには、ローカルモーターズが使用する、SABICのLNP THERMOCOMP AM強化コンパウンドの印刷性と機械的特性の分析が含まれ、印刷、再生、粉砕、およびペレット状への再処理が行われました。

この調査では、ポストプロダクション部品およびスクラップからの材料が、LFAMまたは射出成形や押出成形などの他のプロセスで最大100％の量で再利用できる可能性があることがわかりました。 SABICとLocalMotorsによると、これらの洞察は、LFAM業界で使用される材料の循環性とライフサイクルの延長への実現可能な道筋を特定するのに役立ちます。

「LFAMの採用が加速するにつれて、大きな印刷部品を埋め立てる代わりの持続可能な代替品を見つけることが不可欠です」と、SABICのシニアアプリケーション開発エンジニアであるウォルタートンプソンは述べています。 「SABICとローカルモーターズは、LFAMから生成された機械的に粉砕されたスクラップ材料と寿命[EOL]部品を使用することの実用性を調査しました。私たちの調査は、これらの材料を再利用する大きな可能性を示しており、バリューチェーン内での再利用をサポートするための最初のステップを示しています。」

「次世代の車両を製造するということは、次世代の製造プロセスを採用することを意味します」と、ローカルモーターズのテクニカルプロダクトディレクターであるジョニースコテッロは付け加えます。 「私たちはSABICと協力して、LFAMをより持続可能なものにすることを誇りに思っています。スクラップまたはEOL部品に価値をもたらすことは困難な課題ですが、この調査の結果は、持続可能な円形製品の明るい未来を示しています。」

大きな印刷部品の再利用の課題

現在、生産後のLFAM部品とスクラップを回収するための確立されたバリューチェーンは存在しない、とSABICとローカルモーターズは言います。この複雑な一連の手順には、大きな部品を見つけて収集し、材料の洗浄、切断、再研磨、および転用が可能な施設への輸送のロジスティクスの管理が含まれます。

LFAM材料を再利用する際の別の課題は、複数の熱サイクル（粉砕、再ペレット化、再配合など）による潜在的な劣化です。各ステップは累積熱履歴に追加され、ポリマー鎖を破壊して繊維長を短くする傾向があり、性能に影響を与える可能性があります。材料の再利用の機会を特定する際には、これらの要素を考慮する必要があります。

調査方法と結果

SABIC-Local Motorsの調査には、印刷適性、スループット、および機械的特性の評価が含まれていました。印刷適性を評価するために、LNP THERMOCOMP AMコンパウンドの6つの材料サンプルを準備しました。これらのサンプルには、それぞれ0、15、25、50、75、および100％の再処理された内容が含まれています。これらのサンプルは、マサチューセッツ州ピッツフィールドにある同社のポリマー加工開発センターにあるCincinnati Inc.（CI、ハリソン、オハイオ、米国）のSABICのBig Area Additive Manufacturing（BAAM）マシンで、スループットとメルトフローレートの変化を監視しました。は、単一壁の六角形を印刷するために使用されました。これは、処理および材料特性評価のためのSABICの典型的なテストパーツジオメトリです。伝えられるところによると、すべてのサンプルは、滑らかで光沢のある表面と真っ直ぐで均一な層で、材料の流れに問題がないことを示して、うまく印刷されました。

機械的特性の評価のために、各六角形の印刷部分から試験片を切り出しました。これらは、ガイドラインとして試験方法D638を使用して引張特性をテストし、修正されたASTMD-790試験方法に従って3点曲げ試験を使用して曲げ弾性率をテストしました。結果は、より少ない割合のリグラインドを含む部品サンプルで優れた引張特性を示し、より多くの割合のリグラインドを含むサンプルでは漸進的な低下のみを示しました。 100％リグラインドサンプルでは、​​x方向の引張特性がわずか20％低下し、z方向の引張特性が15％低下しました。曲げ特性についても、同じ緩やかな傾向が見られ、100％のリグラインドを含むサンプルでは、​​曲げ弾性率がx方向でわずか14％、z方向で12％低下しました。

予想通り、引張および曲げ試験では、再粉砕の割合が増加するにつれて機械的強度が低下することが示されました。この発見は、射出成形や押出成形などの他のプロセスで使用される典型的なリグラインドです。

今後の展望

この研究は、産業化後のLFAMの削りくずと部品の再利用性に焦点を当てています。 SABICとLocalMotorsは、ポストインダストリアルとポストコンシューマーの両方のスクラップ材料が再利用の可能性を提供すると述べています。ただし、このプロセスを実行可能にする前に、リサイクルバリューチェーンの既存のギャップを埋める必要があります。スクラップを収集して再利用可能な形式に変換する経済的な方法を考案するには、樹脂メーカー、コンバーター、3Dプリンター、リサイクル業者など、LFAMコミュニティによる大規模な共同作業が必要です。

ローカルモーターズでこの調査を実施し、これらの結果を提示することは、LFAM業界向けの循環ソリューションを見つけるためのSABICの最初のステップです。同社はまもなく、調査の詳細なデータを含むレポートを完成させる予定です。 SABICは、Chemistry That Mattersを活用して、LFAMバリューチェーン全体にわたるコラボレーションをサポートし、社会的責任、二酸化炭素排出量の削減、循環性の向上を支援することに取り組んでいます。