Германски изследователи превръщат отпадъци от опаковки във висококачествен филамент за 3D принтиране

10.04.2025   |   Начало»Технологии

Редактор
Мира Станкова

Редактор
Мира Станкова

Всяка година близо 5,6 млн. тона пластмасови опаковки биват изхвърляни от домакинствата в Германия след само едно ползване. Засега по-малко от една трета от тях могат да се рециклират. Проект, реализиран в Германия от института за производствени технологии и усъвършенствани материали Fraunhofer IFAM в партньорство с университета за приложни науки Hochschule Bremen (HSB), се опитва да превърне тези отпадъци във висококачествени продукти, изработени с 3D принтер.
 
Обемите пластмасови отпадъци се увеличават, като в Германия те почти са се утроили през последните 30 години. Отпадъците от опаковки имат особено голям принос. Ако през 1994 г. германските домакинства са генерирали 2,1 млн. тона отпадъци от пластмасови опаковки, то през 2023 г. този обем е нараснал до 5,6 млн. тона. Това налага намирането на начини тези продукти за еднократна употреба да бъдат рециклирани, още повече, че по-голямата част от тях са от материали на основата на суров петрол.
 
"Много по-трудно е да се рециклират отпадъци от домакинствата, отколкото остатъците от индустриалното производство", коментира д-р Силке Екард, преподавател, занимаващ се с устойчиви енергийни системи и ресурсна ефективност в HSB. В крайна сметка, тези материали не само че не са еднородни, но и като цяло са замърсени. За да може все пак да се затвори производственият цикъл, HSB обединява сили с изследователи от Fraunhofer IFAM, за да рециклира дори тези трудни за обработка пластмаси от домакинствата и след това да ги вложи в адитивно производство.

Рециклирана пластмаса за филаменти за 3D принтиране

"Тъй като отпадъците следва да бъдат рециклирани за използване за 3D принтиране, те трябва да отговарят на много строги изисквания по отношение на чистота, форма и размер", обяснява д-р Дирк Годлински, проектен мениджър в работната група за композитни технологии при Fraunhofer IFAM. До момента полипропилен от сортиращи съоръжения за отпадъци от опаковки е използван в проучване за осъществимост, проведено от HSB и Fraunhofer IFAM.
 
За да осигури достатъчна чистота на материала, Екард и екипът й обработват допълнително материалите, получени от сортиращото съоръжение. В лабораториите по кръгова икономика в университета те смилат пластмасата, измиват я и отделят нежелания материал от основния поток. Екипът използва технология за спектроскопски анализ в близкия инфрачервен диапазон, за да открие остатъците от чужда пластмаса и да ги отдели. След това изследователите отново смилат материала, докато не достигне зърнестия размер, изискван за смесване и изсушаване. Методът постига нива на чистота от над 99,8%.

 
След това нещата поема Fraunhofer IFAM. "В рамките на проекта ние произведохме хомогенен полипропилен от обработения отпадък", обяснява Годлински. "Това е функционална форма на пластмаса, която е трайна, устойчива на чупене и сравнително гъвкава."
 
Изследователят и неговият екип изработват плътна пластмасова нишка. Първо, те преработват рециклирания полипропилен в индустриален екструдер във Fraunhofer IFAM. Там материалът се комбинира, смесва се с помощта на различни геометрии на шнека на екструдера, след което се стопява при температури над 200°C и се екструдира.
 
"Опитът включва прецизно нагласяне на различните механични шнекове, температури, налягане и скорости в рамките на производствения процес, така че крайният продукт да бъде хомогенен полипропилен", обяснява Годлински. За по-нататъшната обработка при 3D принтирането, например, нишката трябва да бъде кръгла и с постоянен диаметър по цялата й дължина, с гладка повърхност.
 
Изследователите успяват да постигнат това. Сивата пластмасова нишка с дебелина от около 2 мм може директно да се използва като филамент за 3D принтер. Годлински и екипът му вече са принтирали успешно първите си компоненти, включително капачки.

Оптимизация на процеса

Това слага края на проучването за осъществимост на HSB и Fraunhofer IFAM. В момента изследователите работят върху оптимизирането на производствения процес. Вече валят идеи за последващи проекти. Годлински смята, че пластмасата може допълнително да бъде подобрена, например с добавяне на стъклени влакна по време на смесването. Така става възможно използването на материала за производството на висококачествени компоненти за приложения в сфери като авиация и автомобилостроене.
 
Законови изисквания също налагат по-голямо търсене на рециклирани материали. Според европейското законодателство за опаковките и отпадъците от опаковки, до 2030 г. опаковките трябва да съдържат от 10 до 35% рециклирани материали в зависимост от типа пластмаса и от продукта, като изключение правят медицинските устройства и фармацевтичните продукти. Изискването за 2035 г. е съдържание на рециклирани материали от 25% до 65%.
 
"Увеличаването на търсенето на рециклирани материали е важно", коментира Екард. "Особено с оглед на климатичните промени, ние трябва да мислим за ресурсната ефективност. Кръговата икономика става все по-важна". Годлински допълва, че колкото повече отпадъци използваме отново и рециклираме, толкова повече енергия и ресурси ще спестим.

Ключови думи: Fraunhofer IFAM   рециклиране   пластмаси   3D принтиране   адитивно производство  

Област: Технологии