Reciclagem primária de resíduos poliméricos provindos do processo FDM

Abstract

A impressão 3D (3DP) é uma técnica de manufatura aditiva (AM) que permite a fabricação de uma ampla gama de estruturas e geometrias complexas partindo de um modelo tridimensional digital. Desenvolvimentos recentes reduziram o custo das impressoras 3D, tornando-as acessíveis e, em consequência, expandindo suas aplicações em escolas, residências, bibliotecas e laboratórios. Em contrapartida, a popularização dessa tecnologia também foi acompanhada pelo aumento da deposição de resíduos poliméricos. Este trabalho teve como objetivo investigar o potencial de reciclabilidade em circuito fechado de resíduos gerados por 3DP a partir das perspectivas do grau de degradação e do desempenho mecânico. Peças de impressão de ABS e PLA descartadas foram moídas e extrudadas em filamentos. Corpos de prova foram impressos por modelagem por deposição fundida (FDM) utilizando matéria prima comercial e reciclada mecanicamente. Os materiais foram caracterizados em relação as suas propriedades estruturais (FITIR), reológicas (índice de fluidez), térmicas (DSC e TGA) e mecânicas (tração, flexão e impacto). Resultados do aumento do índice de fluidez sugerem a diminuição da viscosidade. As temperaturas de transição obtidas por DSC apontaram que os parâmetros de processamento adotados na extrusão e impressão foram adequados. Ao final do experimento, a relação entre a perda de propriedades mecânicas e mudanças ocorridas nos materiais foi estabelecida. O aumento do índice de fluidez, o incremento do grau de cristalinidade e a qualidade de impressão das amostras foram identificados como os fatores que influenciaram o desempenho mecânico. Finalmente constatou-se que o processo de reciclagem do PLA e ABS causou a degradação termo-mecânica oxidativa resultando na perda de propriedades físico-químicas e desempenho mecânico inferior, portanto conclui-se que embora a reciclagem dos resíduos do processo FDM seja viável, os filamentos reciclados devem ser empregados na impressão de modelos que não estarão sujeitos a elevadas solicitações.

3D Printing (3DP) is an additive manufacturing (AM) technique that allows the fabrication of a wide range of structures and complex geometries, being part of a three-dimensional digital model. Recent developments have reduced the cost of 3D printers, making them accessible and, consequently, expanding its applications in schools, homes, libraries and laboratories. In contrast, the popularity of this technology has also been accompanied by increased deposition of polymer waste. The objective of this work was to investigate the potential of closed-loop recycling of waste generated by 3DP from the perspectives of degradation degree and mechanical performance. Discarded ABS and PLA printed parts were milled and extruded into filaments. Test specimens were printed by fused deposition modeling (FDM) using commercial raw material and mechanically recycled material. The materials were characterized in relation to their structural properties (FITIR), rheological properties (melt flow index), thermal properties (DSC and TGADTG) and mechanical properties (tensile, flexure and impact). Results regarding the increase in melt flow index suggest a decrease in viscosity. The transition temperatures obtained by DSC indicated that the processing parameters adopted in the extrusion and printing were adequate. At the end of the experiment, the relationship between the loss of mechanical properties and changes in materials was established. The increase in the melt flow index, the increase in the degree of crystallinity and the print quality of the samples were identified as the factors that influenced the mechanical performance. Finally, it was verified that the PLA and ABS recycling process caused oxidative thermo-mechanical degradation resulting in the loss of physicochemical properties and lower mechanical performance, so it was concluded that although the recycling of the residues from the FDM process is viable, the recycled filaments should be used in printing models that will not be subject to high demands.