Ecole Technologique d’Autrans

Du prototypage rapide à la fabrication

directe, les nouveaux enjeux de la

fabrication au CNRS 12-16 oct . 2015

Opportunité pour un recyclage distribué (réduction du coût de transport)

Thermoplastiques ou thermoplastiques élastomères

donc facilement recyclables

DEANS BLUE HOLE

GUILLAUME NERY

www.youtube.com/watch?v=uQITWbAaDx0

Nettoyage de la plage du DEANS BLEU HOLE avant la compétition « VERTICAL BLUE »

« Plastic challenge »

Principe du recyclage en FDM Projets déjà existants Mise en place d’une méthodologie d’étude Perspectives et conclusions

Bobines de filaments ABS, PLA,…

Elaboration du filament

Extrudeuse

Commerciale Artisanale Open source

Fabrication du filament

https://youtu.be/F6ryVn9SL4I

Lyman / Mulier Filament extrudeuse V5 wamungo.fr

Limitations régularité dimensionnelle du filament problème de thermique : contrôle de la température régularité du débit, apparition de bulles Une bobine de 1kg de PLA de 1,75 mm mesure en moyenne 330 mètres et 115 mètres en 3mm.

problème de sécurité : émission de « COV »

Résolutions (en partie ) de problèmes

Extrudeuse inclinée à 45°C Capotage et isolation de l’extrudesue

Utilisation de matière recyclée

Broyage d’objets en matières plastique

Université technologique du Michigan

Bouteilles d’eau PET Objets imprimés FDM

entreprise Cubify/projet ECOCYCLE Kreiger, M. a. et al., 2014.

Life cycle analysis of distributed recycling of post-consumer

high density polyethylene for 3-D printing filament

. Journal of Cleaner Production, 70, pp.90–96.

Recyclage post-production et

Recyclage post-consommation

Projet Green Fablab à Nancy

Utilisation de matière recyclée

Broyage d’objets en matières plastique

InnoCircle, un projet conjoint entre le fabricant de filaments néerlandais Innofil3D et CiorC

Problèmes régularité des éléments broyés problème de thermique : contrôle de la température opérations de tri

problème de sécurité : émission de fines durant le broyage

Sculptify - L'imprimante 3D à pellets

L'impression directe à pellet consiste à sauter l'étape d'extrusion en filament pour imprimer directement à partir de pellets bruts. Sculptify nomme cette technique "FLEX" pour "Fused Layer EXtrusion".

Ce type de machine doit comporter une extrudeuse généralement constitué d'une réserve de granules, d'une vis qui fait avancer la matière et d'une bague chauffante chargée de faire fondre le plastique. Par pression de la vis le plastique fondu ressort par la buse comme une imprimante 3D classique.

Un proposition pour résoudre le problème de l’extrusion de filament

Main goal:

To characterize the degradation of every step in the process of fabrication of 3DP filament.

19 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!

• A moisture content of less than 0.025% (250ppm) is recommended to prevent viscosity degradation.

• Typical drying conditions are 4 hours at 175ºF (80ºC)

Characterization of virgin material

• Thermal Properties

• Rheological properties

• Molecular properties

20 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!

Parameters to consider:

Feeding rate of extrusion machine

Temperature profile of extrusion

Rotation speed of the extrusion screw

Extrusion pressure

Diameter of nozzle (Swelling phenomena)

Speed of recollection.

Cooling process

21 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!

22 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!

23 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!

FOLDARAP

24 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!

25 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!

mmmm

GPaE

KN

E

/nDeformatio,

Modulus Elastic ,

strength Tensile ,

26 METHODOLOGY for Degradation studies !!!!

27

12 samples per type of material tested:

- Injection

- Injection + Extrusion

- Injection + 3DP

METHODOLOGY for Degradation studies !!!!

Recycling Polylactic Acid (PLA) -Beta

version-

IIII. Case study

28

Open-Source Additive Manufacturing

Macro

Micro

Main goal: to characterize the degradation of the polymer material in the course of the recycling process.

29 METHODOLOGY for RECYCLING !!!!

METHODOLOGY for RECYCLING !!!!

Size Exclusion Chromatography (SEC)

Molar Mass distribution

• Number average molar mass (Mn)

• Mass average molar mass (Mw)

• Polydispersity index (Ip)

Melt Flow Index (MFI)

MFI is a measure of the ease of flow of the melt of a thermoplastic polymer.

• Indirect measure of molecular weight,

• The higher MFI, the lower molecular weight is.

30

Rheology

The study fluid characteristics.

• Shear stress

• Shear rate

• Viscosity

201

5

Characterization of virgin material Polylactic Acid (PLA)

Ingeo™ Biopolymer 4043D

Thermoplastic

Semicrystalline

Properti

es

Value

Mass

average

molar

mass (Mw)

110.000

g/mol

Number

average

molar

mass (Mn)

85.000

g/mol

Glass

transition

Temperatu

re

57 °C

Fusion

temperatu

re

147 °C

Degradatio

n

temperatu

re

300 – 370

°C

Density 1,24

g/cm3

GPaE

MPa

NF

t

t

t

09.099.2

81.627,44

312 1904

Mechanical properties

ISO

527 -

B

31 METHODOLOGY for RECYCLING !!!!

2015 Preliminary results: Mechanical properties

• Evolution of the Mechanical results

PLA 1 vs PLA5

Strength at Break

Strain at Break

• Elastic Modulus remains constant.

32 METHODOLOGY for RECYCLING !!!!

2015

• Degradation on molecular level

Preliminar results: Molecular properties

33 METHODOLOGY for RECYCLING !!!!

2015

• The larger the MFI value, the lower its viscosity and therefore, the average molecular weight is lower

Preliminar results: Extrusion properties

34 METHODOLOGY for RECYCLING !!!!

35

Extension de la méthodologie

d’autres matériaux :

- PLA chargé

- ABS associé à un thermoplastique élastomère

d’autres stratégies

- association de matière vierge et recyclée

comparaison avec d’autres imprimantes FDM

Conclusions –perspectives Technologies existantes adaptées au recyclage ? Recyclage distribué : à quel niveau ? particulier , fablab,….

Adaptation aux objets multimatériaux ?

MERCI A MES COLLEGUES !

Fabio A. CRUZ SANCHEZ – étudiant ERPI-LRGP /Lorraine Fab Living Lab -

Mauricio CAMARGO –professeur ERPI- /Lorraine Fab Living Lab

Hakim BOUDAOUD –maître de conférence ERPI- /Lorraine Fab Living Lab

Emmanuel GILLOZ - entreprise et le fab-lab OpenEdge/

créateur de la Foldarap