W siedzibie CEAD Group B.V. w Delft, gdzie rozwijane są systemy do druku 3D w dużym formacie dla branży morskiej, budowlanej i kompozytowej, zagadnienia produkcji addytywnej są łączone z podejściem cyrkularnym. Firma wykorzystuje technologię ekstruzji granulatu, która umożliwia wytwarzanie pełnowymiarowych elementów z włóknem wzmacnianych kompozytów termoplastycznych, od złożonych form i szybkich prototypów po całe jednostki pływające. Taki sposób produkcji zapewnia dużą swobodę projektowania i skrócony cykl od koncepcji do wyrobu gotowego, ale jednocześnie generuje znaczne ilości odpadów w postaci odrzuconych wydruków i prototypów. Aby zamknąć obieg materiałowy, CEAD sięgnął po technologię rozdrabniania tworzyw sztucznych firmy Weima.
W ośrodku Maritime Application Center CEAD powstają masywne sekcje kadłubów i innych konstrukcji dla sektora morskiego. W skali dużego formatu każdy kolejny wydruk testowy może oznaczać dziesiątki lub setki kilogramów kompozytów na bazie polimerów wzmacnianych włóknem szklanym lub węglowym. Odrzucone części i struktury prototypowe szybko się kumulują, a ich utylizacja konwencjonalnymi metodami okazuje się czasochłonna i kosztowna. Dla przedsiębiorstwa nastawionego na rozwój technologii druku 3D konieczne było znalezienie rozwiązania umożliwiającego efektywny recykling tych materiałów oraz ich reintegrację z procesem wytwórczym.
Odpady z druku 3D jako surowiec wtórny
Każda iteracja nowego wydruku w formacie przemysłowym jest próbą przesuwania granic możliwości technologii addytywnej. Wymaga to licznych prób, a tym samym generuje odpady materiałowe. W przypadku CEAD są to głównie konstrukcje wykonane z krótkowłóknistych kompozytów termoplastycznych, w których matrycę polimerową wzmacniają włókna szklane lub węglowe. Skala elementów, zwłaszcza w zastosowaniach morskich, powoduje, że pojedyncze odrzucone wydruki mogą ważyć po kilkaset kilogramów.
Jak podkreśla firma, przy takim wolumenie pozostałości poprodukcyjnych ich rozdrobnienie do rozmiarów umożliwiających dalsze przetwarzanie jest kluczowe zarówno z punktu widzenia logistyki, jak i potencjalnego recyklingu. Odpowiednio przygotowany materiał może zostać ponownie wprowadzony do procesów przetwórstwa tworzyw i wykorzystany jako wsad do kolejnych aplikacji, zamiast trafiać do strumienia odpadów.
Rozdrabniacz Weima WLK 4 w linii CEAD
Po konsultacjach z partnerami branżowymi CEAD zdecydował się na wdrożenie rozdrabniacza Weima WLK 4 w konfiguracji jednowałowej z sitem o oczkach 10 mm. Urządzenie zostało dobrane do specyfiki przerabianego materiału, czyli wzmocnionych włóknem termoplastycznych elementów konstrukcyjnych powstających w procesie druku 3D z granulatu.
Rozdrabniacz WLK 4 umożliwia rozdrabnianie wielkogabarytowych komponentów na jednorodne płatki o wymiarze około 10 mm. Taka frakcja stanowi dogodny półprodukt do dalszego przetwarzania, w tym do procesów wyższego rzędu, takich jak repelletowanie. Trwałość wykonania maszyny oraz nieskomplikowana obsługa sprawiają, że urządzenie stało się stałym elementem ekosystemu produkcji addytywnej CEAD, pracując w warunkach przemysłowych przy częstym użytkowaniu.
Rozdrobniony materiał wpisuje się w założenia obiegu zamkniętego, nad którym pracuje CEAD. Koncepcja zakłada przejście od wydruku, przez użytkowanie lub etap prototypowania, do recyklingu i powrotu tworzywa do cyklu jako surowiec do kolejnych wydruków. Wykorzystanie rozdrabniania jako etapu pośredniego jest jednym z kluczowych elementów tej ścieżki materiałowej.
Komórki do wytwarzania addytywnego dużego formatu w CEAD
Badania nad repelletowaniem wzmocnionych kompozytów
Kolejnym etapem prac nad zamknięciem obiegu materiałowego jest opracowanie technologii ponownego granulowania rozdrobnionego tworzywa. CEAD, we współpracy z kilkoma holenderskimi partnerami badawczo-rozwojowymi, prowadzi prace nad repelletowaniem płatków z krótkowłóknistych kompozytów termoplastycznych na potrzeby drukarek 3D wykorzystujących ekstruzję granulatu.
Według informacji firmy pierwsze próby wskazują, że materiał z recyklingu, zawierający krótkie włókna wzmacniające, może zostać przekształcony w nowy wsad bez istotnego pogorszenia jakości wydruków. Jeśli te wyniki zostaną potwierdzone w warunkach przemysłowych, umożliwi to ograniczenie zużycia pierwotnych surowców kompozytowych oraz redukcję ilości odpadów w procesach wytwórczych dużego formatu.
Takie podejście otwiera nowe możliwości dla zrównoważonej produkcji addytywnej, w której kompozyty wzmacniane włóknem nie są traktowane jako trudny do zagospodarowania odpad, lecz jako zasób możliwy do ponownego wykorzystania w cyklu drukowania. Model ten może mieć znaczenie nie tylko dla branży morskiej, lecz także dla innych sektorów wykorzystujących technologię druku 3D w dużej skali.
Znaczenie niezawodności urządzeń w produkcji addytywnej
Rozdrabniacz Weima stał się integralnym elementem przepływu pracy w CEAD, łącząc funkcję recyklingową z wymogami pracy w środowisku przemysłowym. Zgodnie z oceną przedstawiciela firmy, niezawodność i prostota obsługi urządzenia są kluczowe przy częstym wykorzystaniu w linii technologicznej.
„Weima dla mnie to niezawodność, łatwa obsługa i godny zaufania partner” mówi Mark Muilwijk, specjalista ds. materiałów i procesów w CEAD. „Używamy rozdrabniacza często, bez awarii, a urządzenie sprawdza się bardzo dobrze w środowisku przemysłowym”.
Włączenie technologii rozdrabniania do kompleksowego przepływu produkcyjnego pozwala CEAD rozwijać rozwiązania w obszarze dużego formatu wytwarzania addytywnego z uwzględnieniem aspektów gospodarki o obiegu zamkniętym. Przekształcanie odrzuconych wydruków w surowiec wtórny jest jednym z elementów definiujących, jak może wyglądać bardziej zrównoważona produkcja z wykorzystaniem kompozytów termoplastycznych.
Rozdrabniacz tworzyw sztucznych Weima WLK 4
