回收3D打印的廢棄熱塑性塑料部件及廢料

文/本刊編譯（原文來自JEC）

為提高大型增材制造（簡稱LFAM）的可循環性，化工行業的領先者SABIC與下一代汽車的制造商Local Motors合作，共同完成了一項“回收3D打印的廢棄熱塑性塑料部件和廢料”的可行性研究。

這項研究探索了取代“填埋LFAM部件方法”的更多可持續方案，以期在LFAM中進行廣泛應用。研究內容涉及：對Local Motors所使用的SABIC的LNPTMThermocompTMAM 增強配混料所具有的打印適應性和力學性能進行分析，打印后，對打印件進行回收、研磨并再次加工成粒料。研究表明，由生產后的部件和廢料產生的材料，可以100%地重新用于LFAM或其他工藝中，如注射成型或擠出成型中。這些發現，有助于為LFAM行業所用材料確定可行的循環路徑，延長材料的生命周期。

SABIC高級應用開發工程師Walter Thompson表示：“隨著大型增材制造應用的日益廣泛，必須找到可持續的方法來取代對LFAM部件的填埋。SABIC和Local Motors已研究了使用機械研磨廢料和報廢后的LFAM部件的實用性，結果表明，這些材料獲得重新應用的潛力巨大，這為支持它們在價值鏈中的重新應用邁出了第一步。”

對LFAM部件的再利用充滿挑戰

目前，尚未建立起“回收生產后的LFAM部件和廢棄材料”的價值鏈。這一系列復雜的步驟包括：對大型部件進行定位、收集，并將它們運送到設備上以進行清洗、切割、再研磨和重新利用。

重新使用LFAM材料面臨的另一個挑戰是多次熱循環（研磨、再次造粒和再次配混等）帶來的潛在降解。在此過程中，每一步都會增加熱量的累積，從而破壞聚合物鏈，減小纖維長度，影響材料性能。因此，在確定材料可被再利用的機會時，應考慮這些因素。

研究方法和結果

SABIC和Local Motors的研究包括對打印適應性、產出和力學性能進行評價。為了評估打印適應性，他們采用LNP Thermocomp AM配混料制備了6個材料樣品，分 別 含 有 0、15%、25%、50%、75%和100%的再加工成分。然后，在SABIC安裝在其聚合物加工開發中心（位于美國馬薩諸塞州Pittsfield）的辛辛那提大型增材制造（BAAM?）機器上，對這些樣品的產出和熔體流動速率的變化進行監測。每個樣品都被打印成一個單壁的六邊形，這是SABIC用于加工以進行材料表征的典型的測試部件形狀。所有的樣品都打印得很好，表面光滑、光亮且筆直，即使是打印層，也沒有表現出材料流動方面的問題。

Local Motors的技術產品總監Johnny Scotello說：“制造下一代的汽車意味著要擁抱下一代的生產工藝。能夠與SABIC一起開展研究，以使大型增材制造更具可持續性，我們感到非常自豪。為廢棄材料或報廢后的部件帶來價值是一件困難的事，但這項研究的結果，卻為產品的可持續循環利用帶來了光明的未來。”

為了評估力學性能，他們從每個六邊形的打印部件上切割樣本，然后依據Test Method D638方法測試材料的拉伸性能，依據改進的ASTM D-790測試方法并采用3點彎曲試驗測試彎曲模量。結果表明，含有較低百分含量研磨料的樣品具有優異的拉伸性能，隨著研磨料百分含量的增大，樣品的拉伸性能逐漸降低。含100%研磨料的樣品，其X方向的拉伸性能只降低了20%，Z方向的拉伸性能只降低了15%。彎曲性能也表現出了同樣的漸進趨勢：含100%研磨料的樣品，其X方向的彎曲模量只降低了14%，Z方向的彎曲模量只降低了12%。

拉伸試驗和彎曲試驗表明，機械強度隨著研磨料用量的增加而降低。這一發現，正是在注射成型和擠出成型等其他工藝中使用研磨料時所表現的典型現象。

展望未來

這項研究強調了工業化后的LFAM廢料和LFAM部件的可再利用性。雖然工業廢料和消費后廢料提供了可再利用的潛力，但在成為現實之前，卻需要填補回收價值鏈中存在的空白。因此，需要包括樹脂生產商、中間廠商、3D打印廠商和回收廠商在內的LFAM社區共同努力，為將此類廢料和報廢部件轉變成可重新使用的形式而設計一種收集廢料的經濟方法。

與Local Motors合作開展這項研究并呈現這些結果，是SABIC為LFAM行業尋找可循環解決方案的第一步，該公司將很快完成一份包含詳細研究數據的報告。