Afvalpolymeren gebruiken om filament te maken voor 3D-printen van recyclebare eindproducten

Recycling en afvalbeheer zijn hot topics vandaag de dag, die bijdragen aan een duurzamere leefomgeving. Correct afvalbeheer is de eerste stap voor betere recycling van afvalproducten en -materialen. Hoe meer materialen worden gerecycled, hoe minder restafval er wordt geproduceerd en hoe meer grondstoffen er beschikbaar zijn, des te minder menselijke impact er is op het milieu en de uitputting van de aarde.

Eén van de materialen die veel worden toegepast in verschillende producten die we in ons dagelijks leven gebruiken, zijn polymeren. Kunststofvervuiling is een grote bedreiging voor onze natuurlijke ecosystemen. Daarom is het recyclen van kunststoffen en polymeren een interessant onderwerp om te onderzoeken om milieuvervuiling te verminderen. Dit was ook het uitgangspunt van het AMP-gesubsidieerde project Waste2Print, dat draait om het onderzoeken en testen van de recyclebaarheid van polymeren en het maken van filament hiervan voor 3D-printdoeleinden. Op deze manier zijn zowel de grondstoffen als het eindproduct recyclebaar, waardoor er minder negatieve milieu-impact en afval ontstaat.

Het Waste2Print-consortium bestaat uit Riwald Recycling, 3devo en het FIP-AM@UT. Riwald Recycling is een hightech recyclingbedrijf uit Almelo dat jaarlijks vele honderdduizenden tonnages afvalmaterialen recyclet – variërend van elektrische huishoudelijke apparatuur en industriële hoogwaardige reststromen, tot treinstellen en vliegtuigen. 3devo uit Utrecht biedt hoogwaardige producten en diensten, die filamentextrusie transformeren tot een closed-loop cyclus. Ze helpen klanten hun concurrentievoordeel te verbeteren door het customizen van verbeterd 3D-printfilament. Het FIP-AM@UT ondersteunt met projectmanagement en draagt bij met hun uitgebreide wetenschappelijke materiaalkennis en -ervaring.

Tijdens het project richt het consortium zich op het innovatieve proces om kunststofafval om te zetten in duurzame 3D-printoplossingen. Na het recyclen van thermoplastische polymeren, worden ze verwerkt tot snippers en zullen deze worden gebruikt om filament te maken voor 3D-printen. Met de resulterende 3D-geprinte structuren worden afvalmaterialen effectief hergebruikt, doordat ze omgezet worden in printfilament, waardoor nieuwe producten kunnen worden gemaakt. Deze nieuwe producten zullen ook recyclebaar zijn. Dit innovatieve proces vermindert niet alleen afval, maar bevordert ook duurzaamheid, doordat er in de productiecyclus gebruik wordt gemaakt van gerecyclede materialen.

Industriepartners

AANPAK

Waste2Print was onderverdeeld in zes werkpakketten, waarbij kunststofafval werd omgezet in duurzame 3D-printstructuren. Eerst werden geschikte polymeren voor recycling geïdentificeerd door middel van een gebruikssituatiebeoordeling en materiaalselectie. Gerecycled materiaal kan onzuiverheden, vuil en stof bevatten. Daarom wordt het gespoeld, versnipperd en gepelletiseerd – klaar voor de filamentextruder.

Vervolgens werden de extruderparameters en het productieproces van het filament geoptimaliseerd om de efficiëntie en kwaliteit te verbeteren. Het filament werd daarna uitvoerig getest op kwaliteit en printbaarheid met behulp van 3D printparameters die een effectief gebruik van het filament garanderen.

Tot slot evalueerden thermomechanische testen en validatie de functionele eigenschappen en geschiktheid van de resulterende 3D-geprinte onderdelen. Identieke 3D-structuren zijn geprint met het gerecyclede filament en zijn verse tegenhanger. Uitgebreid projectmanagement en kennisverspreiding zorgden voor een soepele uitvoering en het effectief delen van bevindingen met belanghebbenden. Deze methodische aanpak leidde tot een betrouwbaar proces, waarbij hoogwaardig, recyclebaar 3D-printfilament werd gemaakt van afvalpolymeren en milieuduurzaamheid en innovatieve recyclingoplossingen werden gestimuleerd.

RESULTAAT

Het project pakte met succes de uitdaging aan om plastic afval om te zetten in duurzame 3D-printoplossingen. Er werden verschillende experimenten uitgevoerd om de verwarmings- en koelzones van de extrusie te optimaliseren voor de productie van filamenten. Verdere experimenten identificeerden de geschikte temperatuur van de spuitmond van de printer, de materiaaltoevoer, de lineaire verplaatsingssnelheid en de koelvereisten voor effectief 3D printen van het gerecyclede materiaal:
 

• Filament van hoge kwaliteit op basis van een geoptimaliseerde set extrusieparameters
• Succesvolle printopdracht door geoptimaliseerde 3D-printparameters
• Tot 80% thermomechanische eigenschappen in vergelijking met vers materiaal

Het is dus duidelijk dat Waste2Print een duurzame oplossing biedt voor het hergebruik van thermoplastische polymeren in additive manufacturing (3D printen).

Dit project is mogelijk gemaakt door de Regio Deal, ondersteund door de Provincie Overijssel en de Rijksoverheid.

VOOR MEER INFORMATIE OVER WASTE2PRINT, NEEM GERUST CONTACT OP MET

Sattar Emamian

Research Engineer

Steijn Jonker

Research Engineer

Ava Ghalayaniesfahani

Research Engineer

dr.ir. Mehrshad Mehrpouya

Assistant Professor