Aplicabilidade de materiais reciclados em impressão 3D

Abstract

A tecnologia de impressão 3D surgiu inicialmente como instrumento para a produção de protótipos, tendo, no entanto, rapidamente passado a ser utilizada como equipamento de produção. A FDM (Fused Deposition Modelling ) é uma variante da impressão 3D que permite a produção de objetos sólidos em materiais termoplásticos. As máquinas FDM são pequenas, podendo operar em pequenos espaços como um escritório doméstico. O processo de FDM é caraterizado por uma taxa de produção muito reduzida e por uma qualidade modesta da superfície dos produtos finais. Os materiais utilizados para alimentar as máquinas são em forma de filamento e apresentam um custo relativamente elevado. Este custo poderá ser reduzido se os filamentos forem produzidos com base em materiais reciclados, a partir de embalagens pósconsumo. Futuramente, poderiam inclusive ser integrados sistemas de produção de filamento com base em materiais reciclados como acessório do equipamento de FDM. Os objetivos desta investigação estão direcionados para a aplicabilidade de materiais reciclados de produtos de uso comum em FDM. Foi efetuada uma comparação das propriedades mecânicas entre peças moldadas por compressão e produzidas em FDM, ambos produzidos à base de materiais reciclados. Para permitir esta comparação foram efetuados estudos envolvendo vários processos: reciclagem mecânica, extrusão de mono filamento, moldação por compressão e produção por FDM. Os materiais resultantes foram caraterizados utilizando técnicas de caracterização mecânica, tais como ensaios de tração, flexão e impacto. Foram utilizadas para o estudo embalagens de detergentes, champôs e garrafas de PET (Polietileno Tereftalato ) e HDPE (High Density Polyethylene) em forma pura e em diversas misturas. A partir do estudo efetuado verificou-se ser possível aplicar materiais reciclados em FDM, tendo o 100% PET e a mistura (75%PET + 25%HDPE) fornecido os melhores resultados. O material que apresenta melhor qualidade superficial é o PET. Tal como esperado, os materiais moldados por compressão possuem, em geral, melhores propriedades que os materiais produzidos por FDM. Tendo em conta as propriedades mecânicas limitadas dos materiais resultantes, deve considerar-se os esforços aos quais o produto final irá estar sujeito. Apesar das suas limitações, são materiais passíveis de utilização em diversas aplicações, tais como decorativas, objetos de uso diário – caixas para embalagem, guarda-joias, etc., ou produtos artísticos, entre outros.

3D printing technology has emerged initially as a tool for the production of prototypes. However, it quickly evolved as a technology for actual production. FDM (Fused Deposition Modelling ) is a variant of 3D printing which allows the production of solid objects with thermoplastic materials. FDM machines are small and can operate in small spaces such as a home office. The FDM process is characterized by a very small production rates and a modest surface quality of the final products. The machines are fed by materials in filament shape that are relatively expensive. The cost of these materials may be reduced if they are produced based on recycled postconsumption packages. Furthermore, filament production systems based on recycled materials could in the future be integrated as an accessory for FDM equipment. This investigation’s objectives are directed to the applicability of recycled materials from commonly used products in FDM. A comparison of the mechanical properties was made between parts molded by compression and produced by FDM, both based on recycled materials. In order to achieve the goals of this investigation, studies were conducted involving various processes: mechanical recycling, monofilament extrusion, compression molding and FDM. The resulting materials were characterized using mechanical characterization techniques such as tensile, bending and impact testing. Packages of detergent, shampoos, and bottles of PET (Polyethylene Terephthalate) and HDPE (High Density Polyethylene ) were used, pure and in various mixtures. It has been found that it is possible to apply recycled materials in FDM, with 100% PET and the mixture (75% PET + 25% HDPE) having provided the best results. The material which shows better surface quality is PET. As expected, the compression molded materials exhibit, in general, better properties than those molded by FDM. Taking into account the limited mechanical properties of the resulting materials, the mechanical requirements of the final products should be carefully considered. However, the produced materials may be used in decorative applications, daily use objects –packing boxes, jewelry guard, or artistic products, for example.