I ricercatori di tecnologia del Michigan riciclano i rifiuti di mobili in materiale composito di stampa 3D
Da oggetti d’arte , strumenti e barche a pomelli del cambio , accessori per cellulari e persino stampanti 3D , il legno è stato spesso utilizzato come materiale di stampa 3D . È una preziosa risorsa rinnovabile che immagazzina carbonio ed è facilmente riciclata, quindi perché non pensiamo di utilizzarla nei progetti di stampa 3D?
Un trio di ricercatori della Michigan Technological University ha recentemente pubblicato un articolo, intitolato ” Filamento da stampa tridimensionale riciclato a base di rifiuti di mobili in legno ” , che guarda per vedere quanto sia fattibile utilizzare i rifiuti di mobili in legno, riciclati in un composito polimerico di legno (WPC), come materiale di stampa 3D per la costruzione di mobili.
L’abstract recita: “L’industria del mobile del Michigan produce> 150 tonnellate / giorno di rifiuti a base di legno, che possono essere riciclati in un composito polimerico di legno (WPC). Questo studio indaga sulla fattibilità dell’utilizzo di rifiuti di mobili come materia prima per il filamento della stampante 3D per produrre componenti per mobili. Il processo prevede: scarti di triturazione / fresatura realizzati sia in LDF / MDF / LDF che in melamina / truciolato / carta impregnata con resine fenoliche; premiscelazione della polvere a base di legno con l’acido polilattico biopolimero (PLA), estrusione due volte tramite riciclabili open-source per fabbricare un filamento WPC omogeneo 3-D stampabile e la stampa con stampanti 3-D basate su FFF open source. I risultati indicano che esiste un’opportunità significativa per i WPC compositi basati su rifiuti da utilizzare come filamento di stampa 3D. ”
Mentre un sacco di legno viene sprecato bruciandolo, potrebbe essere meglio caricarlo in WPC, che contiene un componente di legno in forma di particelle all’interno di una matrice polimerica. Questi materiali possono aiutare a ridurre i costi e l’impatto ambientale, oltre a offrire prestazioni migliori.
“Esiste un’ampia gamma di tecniche di modifica per il legno che implicano modifiche attive come trattamenti termici o chimici, o modifiche passive, che modificano le proprietà fisiche ma non la struttura biochimica”, hanno scritto i ricercatori. “Tuttavia, le WPC hanno ancora limitazioni dovute ai metodi di produzione, come la produzione di materiale di scarto o la fabbricazione di supporti orientativi, che può essere alleviata con tecniche di produzione alternative come la produzione additiva”.
Mentre molti produttori di compositi PLA sono già sul mercato per realizzare filamenti di stampa 3D vergini, lo studio del Michigan Tech ha studiato utilizzando i rifiuti di mobili in legno come materiale di stampa 3D per il filamento WPC, che potrebbe quindi essere utilizzato per realizzare nuovi componenti di mobili .
“Il processo utilizza la macinazione e la macinazione di due materiali di scarto di mobili – scarti di pannelli realizzati sia in LDF / MDF / LDF (dove LDF è riempimento a densità leggera e MDF è riempimento a media densità) e melamina / pannello di particelle / carta impregnata con resine fenoliche. Un processo di premiscelazione viene utilizzato per la risultante polvere a base di legno con pellet di PLA “, hanno scritto i ricercatori. “Questo materiale viene estruso due volte attraverso un recyclebot open source per fabbricare un filamento 3-D stampabile omogeneo in frazioni volumetriche di legno: PLA da 10: 100 a 40: 100. Il filamento viene testato in una stampante 3D industriale FFF basata su FFF. I risultati sono presentati e discussi per analizzare l’opportunità di produzione di filamenti compositi a base di rifiuti. ”
Il team ha ricevuto materiale di scarto a base di legno, sia in segatura che sfuso, da diverse aziende produttrici di mobili, e ha completato alcuni importanti passi per trasformare i rifiuti di legno in WPC per il filamento di stampa 3D:
Riduzione delle dimensioni da macro, scala meso e micro scala
Mescolare il materiale di apporto a base di legno fine con polimero a matrice
Estrudere il materiale di alimentazione in un filamento di spessore e densità omogenei
Quindi, il materiale è stato caricato in una stampante Delta RepRap 3D, così come una stampante Re: 3D Gigabot 3D open source, per realizzare una manopola per cassetto ad alta risoluzione “attaccata a un blocco di legno stampato usando una vite per legno infilata in un buco prestampato. ”
“Con un cacciavite a croce, la vite da legno è stata girata facilmente da entrambi gli oggetti e la connessione risultante ha resistito alle normali forze previste nell’uso quotidiano. Inoltre, grazie alla flessibilità degli orientamenti di stampa 3D, è possibile stampare su oggetti superfici uniche o personalizzate “, hanno scritto i ricercatori.
“Questo viene mostrato attraverso particolari geometrie o direzioni di stampa che possono essere modificate direttamente modificando gcode, o più comodamente modificando i parametri nei programmi slicer. Ciò consente la personalizzazione su larga scala di componenti in legno non solo mobili, ma di qualsiasi parte stampata in 3D utilizzando materiali compositi plastici a base di rifiuti riciclati. ”
Una volta ottenuto un profilo di stampa 3D ottimizzato, il filato WPC basato sui rifiuti di mobili in legno riciclato è stato in grado di produrre parti senza troppi errori. Tuttavia, rispetto a PLA puro, si è verificata una maggiore frequenza di blocchi dei filamenti e di ostruzione degli ugelli con questo materiale.
“Questo studio ha dimostrato una metodologia tecnicamente valida di riciclaggio dei rifiuti di legno per mobili in parti stampabili tridimensionali utilizzabili per l’industria del mobile”, hanno concluso i ricercatori. “Miscelando pellet di PLA e materiale di scarto di legno riciclato, il filamento è stato prodotto con un diametro di 1,65 ± 0,10 mm e utilizzato per stampare una piccola varietà di parti di test. Questo metodo, sebbene sviluppato in laboratorio, può essere adattato alle esigenze del settore in quanto le fasi del processo sono semplici. Sono stati creati piccoli lotti di legno 40% in peso, ma hanno mostrato una ridotta ripetibilità, mentre i lotti di legno 30% in peso hanno mostrato il massimo della promessa con facilità d’uso. ”
I ricercatori hanno scritto che ulteriori lavori sulla creazione di un filamento WPC basato sui rifiuti dovrebbero includere la quantificazione delle proprietà meccaniche del materiale dopo il primo ciclo, e poi confrontarlo con altri materiali, come il PLA puro e la polvere di fibra di legno modificata. Inoltre, le attrezzature industriali e gli ugelli di stampa 3D raggruppati dovrebbero essere valutati in termini di aumento del processo.
Co-autori del documento sono Adam M. Pringle, Mark Rudnicki e Joshua Pearce .
