Mengden plastavfall i tyske husholdninger er tredoblet de siste 30 årene, en stor del av dette kommer fra emballasje. Tyske forskere har nå klart å konvertere plast til filament for 3D-printing.
Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials (IFAM) og Hochschule Bremen — City University of Applied Sciences (HSB) har undersøkt hvordan avfall kan omdannes til høykvalitets 3D-printede produkter. Dette opplyses i en pressemelding.
I 1994 kastet tyske husholdninger 2,1 millioner tonn plastavfall; 30 år senere var det tallet steget til 5,6 millioner tonn. Så langt er mindre enn en tredjedel av dette resirkulert. Siden en stor del av avfallet gjelder engangsprodukter som i stor grad er basert på råolje, var det spesielt viktig for forskerteamet å prøve å finne måter å øke gjenvinningsgraden på.
– Men det er mye vanskeligere å resirkulere forbrukeravfall enn plastrester fra industriell produksjon, forklarer Silke Eckardt, professor med fokus på bærekraftige energisystemer og ressurseffektivitet ved HSB.
99,8 prosent renhetsnivå
Disse materialene er ikke bare svært heterogene, men også generelt skitne. For fortsatt å lukke produksjonssyklusen, har HSB slått seg sammen med forskere ved Fraunhofer IFAM for å resirkulere selv denne vanskelige håndterbare plasten fra private husholdninger og deretter bruke dem i additiv produksjon.
– Siden avfallet skal resirkuleres for 3D-printing, må det oppfylle svært strenge krav til aspekter som renhet, form og størrelse, forklarer Dirk Godlinski, prosjektleder i komposittteknologiarbeidsgruppen ved Fraunhofer IFAM.
Til dette formålet ble polypropylen (PP) fra et avfallssorteringsanlegg for emballasjer brukt i en mulighetsstudie utført av HSB og Fraunhofer IFAM. For å sikre tilstrekkelig renhet viderebehandlet Eckardt og hennes team avfallsmaterialet: Ved universitetets sirkulære økonomilaboratorier malte de plasten, vasket den og skilte uønsket materiale fra hovedstrømmen ved hjelp av en flyte/vask-separator.
Teamet brukte nær-infrarød (NIR) teknologi for å identifisere gjenværende fremmedartet plast som ble fjernet. Etter det malte forskerne materialet ned igjen til det nådde kornstørrelsen som kreves for kompondering og tørket det. Med denne metoden ble renhetsnivåer på mer enn 99,8 prosent oppnådd.
Greide å printe kapsler
Fraunhofer IFAM tok deretter over:
– I prosjektet produserte vi homogen polypropylen fra det tilberedte avfallet. Dette er en allsidig plast som er slitesterk, bruddsikker og relativt fleksibel, sier Godlinski.
Forskerteamet produserte en solid plaststreng. Først ble flakene av resirkulert polypropylen behandlet i en industriell ekstruder hos Fraunhofer IFAM. Materialet ble kombinert der, blandet med forskjellige geometrier på ekstruderskruene, deretter smeltet ved temperaturer over 200 grader Celsius og ekstrudert.
– Kompetansen består i å nøyaktig justere de ulike mekaniske skruene, temperaturene, trykket og hastighetene langs produksjonsprosessen slik at sluttproduktet er homogen polypropylen, forklarer Godlinski.
For videre bearbeiding med 3D-printing må strengen være rund og konsistent i diameter i hele lengden, med en jevn overflate. Dette lyktes forskerne med: Den grå plasttråden, omtrent to millimeter tykk, kunne brukes direkte som filament i en kommersiell 3D-printer. Nå har Godlinski og teamet hans skrevet ut sine første komponenter, deriblant kapsler.
Ideer til nye prosjekter har allerede kommet på banen, inkludert ytterligere foredling av plasten med glassfiber for bruk i romfarts- og bilindustrien.
