Mängden plastavfall i de tyska hushållen har tredubblats under de senaste 30 åren, varav en stor del kommer från förpackningar. Tyska forskare har nu framgångsrikt lyckats omvandla plasten till filament för 3D-printing.
Forskningsinstitutet Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials (IFAM) har tillsammans med Hochschule Bremen — City University of Applied Sciences (HSB) undersökt hur avfallet kan omvandlas till högkvalitativa 3D-printade produkter. Det framgår av ett pressmeddelande.
År 1994 slängde de tyska hushållen 2,1 miljoner ton plastavfall, 30 år senare hade den siffran stigit till 5,6 miljoner ton. Hittills har mindre än en tredjedel av detta kunnat återvinnas. Eftersom en stor del av avfallet rör engångsprodukter som till stor del är baserad på råolja var det extra viktigt för forskarteamet att försöka hitta sätt att öka återvinningsgraden.
– Men det är mycket svårare att återvinna konsumentavfall än plastrester från industriell produktion, förklarar Silke Eckardt, professor med fokus på hållbara energisystem och resurseffektivitet vid HSB.
99,8 procents renhetsnivå
Dessa material är inte bara mycket heterogena utan generellt sett också smutsiga. För att ändå sluta produktionscykeln har HSB gått samman med forskare vid Fraunhofer IFAM för att återvinna även dessa svårhanterliga plaster från privata hushåll och sedan använda dem i additiv tillverkning.
– Eftersom avfallet ska återvinnas för 3D-printing måste det uppfylla mycket strikta krav på aspekter som renhet, form och storlek, förklarar Dirk Godlinski, projektledare i arbetsgruppen för kompositteknik vid Fraunhofer IFAM.
För detta ändamål användes polypropen (PP) från en sorteringsanläggning för förpackningsavfall i en genomförbarhetsstudie utförd av HSB och Fraunhofer IFAM. För att säkerställa tillräcklig renhet, bearbetade Eckardt och hennes team ytterligare utsorteringsmaterialet: Vid universitetets laboratorier för cirkulär ekonomi malde de plasten, tvättade den och separerade oönskat material från huvudströmmen med hjälp av en flyt-/sjunkseparering.
Teamet använde närinfraröd teknik (NIR) för att identifiera kvarvarande främmande plaster som togs bort. Efter det malde forskarna ner materialet igen tills det nådde den kornstorlek som krävdes för kompondering och torkade det. Med denna metod uppnåddes renhetsnivåer på mer än 99,8 procent.
Lyckades printa kapsyler
Därefter tog Fraunhofer IFAM över:
– I projektet producerade vi homogen polypropylen från det förberedda avfallet. Detta är en mångsidig plast som är hållbar, bryttålig och relativt flexibel, säger Godlinski.
Forskargruppen producerade en solid plaststräng. Först bearbetades flingorna av återvunnen polypropen i en industriell extruder vid Fraunhofer IFAM. Materialet kombinerades där, blandades med hjälp av olika geometrier på extruderskruvarna, smältes sedan vid temperaturer över 200 grader Celsius och extruderades.
– Expertisen består i att exakt justera de olika mekaniska skruvarna, temperaturerna, trycken och hastigheterna längs produktionsprocessen så att slutprodukten blir homogen polypropen, förklarar Godlinski.
För vidare bearbetning med 3D-printing måste strängen vara rund och konsistent i diameter över hela dess längd, med en slät yta. Forskarna lyckades med detta: Den grå plaststrängen, cirka två millimeter tjock, kunde användas direkt som filament i en kommersiell 3D-skrivare. Nu har Godlinski och hans team framgångsrikt skrivit ut sina första komponenter, inklusive kapsyler.
Idéer för nya projekt har redan luftats, bland annat att raffinera plasten ytterligare med glasfiber för användning inom flyg- och fordonsindustrin.
Ökat behov av återvunna material
Enligt EU:s förordning om förpackningar och förpackningsavfall (PPWR) måste förpackningar bestå av 10 till 35 procent återvunnet material fram till 2030, beroende på plasttyp och produkt, exklusive medicinska enheter och läkemedelsprodukter. Kravet för 2035 är 25 till 65 procent återvunnet material.
