Il progetto NaTHan (“Nachhaltige Thermoplaste aus Abfällen für die additive Nutzung”) nasce con l’obiettivo di sviluppare materiali termoplastici riciclati destinati alla stampa 3D in ambito industriale, trasformando scarti di produzione e rifiuti plastici in feedstock di qualità controllata per processi additivi avanzati. I partner del consorzio – tra cui istituti di ricerca tedeschi e aziende specializzate in materiali e tecnologie additive – puntano a dimostrare che l’utilizzo di materie prime seconde può ridurre l’impatto ambientale senza compromettere le prestazioni richieste dall’industria.
All’interno di NaTHan il focus non è limitato al semplice riciclo meccanico, ma include la messa a punto di catene di processo ottimizzate per applicazioni additive: dal pretrattamento e omogeneizzazione degli scarti alla formulazione di miscele e compound termoplastici adatti a tecnologie come estrusione di filamento, pellet extrusion e, potenzialmente, processi a letto di polvere. Il progetto si inserisce in una tendenza più ampia che vede istituti di ricerca e imprese europee lavorare su polimeri riciclati per SLS, FFF e altre tecnologie, con esempi come l’impiego di poliammidi e compositi rinforzati da scarti industriali.
Partner, ruoli e competenze nel consorzio NaTHan
Il consorzio NaTHan riunisce istituti di ricerca sui materiali, aziende attive nello sviluppo e compounding di polimeri, oltre a utilizzatori industriali della stampa 3D che forniscono requisiti applicativi e casi d’uso concreti. Gli istituti si occupano di caratterizzazione reologica e meccanica dei materiali riciclati, studio della degradazione termica e ottimizzazione dei parametri di processo per l’additive manufacturing; le aziende di trasformazione sviluppano formulazioni, masterbatch e compound che garantiscano stabilità in stampa e ripetibilità nel tempo.
Gli utilizzatori finali mettono a disposizione componenti reali – ad esempio parti per automazione, elementi strutturali leggeri o supporti tecnici – su cui valutare le prestazioni dei nuovi materiali riciclati rispetto a soluzioni vergini standard, in termini di resistenza meccanica, qualità superficiale e comportamento nel ciclo vita. Questo approccio consente al progetto NaTHan di restare ancorato alle esigenze produttive concrete dell’industria, evitando che i materiali sviluppati restino confinati a dimostrazioni di laboratorio.
Dal rifiuto al materiale per AM: preparazione e formulazione
Uno degli elementi chiave del progetto NaTHan è la fase di selezione e preparazione degli scarti plastici, che comprende la raccolta di rifiuti omogenei, la macinazione, il lavaggio e l’eventuale separazione per densità o altre proprietà, per ottenere flussi di materiale adatti a un riciclo di qualità. In questo contesto rientrano sia scarti industriali pre-consumo, come sfridi di lavorazione, sia rifiuti post-consumo selezionati, che vengono trasformati in granuli da impiegare come base per nuovi compound.
I partner specializzati in compounding intervengono poi con l’aggiunta di additivi, stabilizzanti e, se necessario, rinforzi come fibre di vetro o fibre di carbonio, con l’obiettivo di compensare la perdita di proprietà dovuta ai cicli di lavorazione precedenti e di adattare il comportamento del materiale ai requisiti specifici della stampa 3D. L’esperienza maturata su materiali per SLS, come PA12 caricata o poliammidi con riempitivi, fornisce un riferimento per comprendere come modulare rigidità, resistenza e stabilità dimensionale anche su matrici riciclate.
Tecnologie di stampa 3D e requisiti per i materiali riciclati
Per l’estrusione di filamento (FFF/FDM), i materiali riciclati sviluppati nel progetto NaTHan devono garantire un intervallo di temperatura di processo sufficientemente ampio, una viscosità adeguata e una tendenza ridotta a fenomeni come il warping o la delaminazione tra layer. I partner del progetto lavorano quindi su proprietà come indice di fluidità, comportamento durante la cristallizzazione e adesione interstrato, parametri fondamentali per ottenere pezzi dimensionalmente stabili e meccanicamente affidabili.
Nel caso di processi basati su pellet extrusion o su sistemi industriali a estrusione diretta, entrano in gioco ulteriori fattori, quali la stabilità termica durante permanenze più lunghe in vite e cilindro, e la costanza della qualità del pellet riciclato per evitare variazioni in linea. Per applicazioni a letto di polvere, l’eventuale estensione del progetto NaTHan verso polveri riciclate richiederebbe una gestione molto rigorosa della distribuzione granulometrica e della densità apparente, aspetti già noti a chi lavora con polveri SLS e compositi termoplastici.
Caratterizzazione, prestazioni e casi applicativi
I materiali sviluppati nel progetto NaTHan vengono sottoposti a un programma di test che comprende prove di trazione, flessione e urto, misure di durezza, analisi termiche (DSC, TGA) e valutazioni di resistenza alla fatica, in modo da confrontare le prestazioni con quelle di polimeri vergini di riferimento. In parallelo, i partner verificano la ripetibilità lungo più cicli di stampa e su diverse macchine, requisito essenziale per un impiego industriale su larga scala.
Tra i casi d’uso considerati rientrano componenti non critici per automazione e logistica, elementi di supporto per linee produttive, attrezzature ausiliarie, staffaggi e parti di dispositivi in cui la priorità è il bilanciamento tra prestazioni meccaniche, costo e sostenibilità. Utilizzando polimeri riciclati qualificati, i partner industriali mirano a introdurre gradualmente questi materiali in applicazioni con requisiti crescenti, fino a valutare l’idoneità per componenti semi-strutturali e parti con vita utile prolungata.
Sostenibilità, economia circolare e prospettive di mercato
Il progetto NaTHan si inserisce nel quadro delle strategie europee di economia circolare, che prevedono un incremento della quota di materiali riciclati in applicazioni ad alto valore aggiunto, tra cui la stampa 3D. Utilizzare feedstock riciclati per la produzione additiva permette di ridurre il consumo di materie prime fossili e di valorizzare gli scarti di produzione in un ciclo chiuso, in cui i residui di processi industriali tornano in forma di nuovi materiali per componenti funzionali.
Dal punto di vista del mercato, l’esito positivo del progetto NaTHan potrebbe portare alla commercializzazione di linee di filamenti e granuli riciclati certificati per l’uso in contesti industriali, affiancando o sostituendo gradualmente prodotti basati su polimeri vergini. Questo scenario si collega a esperienze già osservate nel settore, come l’utilizzo di frammenti di parabrezza o di altri rifiuti vetro-plastici per creare materiali per la stampa 3D, nonché alle iniziative di produttori che promuovono linee di prodotti stampabili in 3D realizzati con contenuto riciclato.
