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Uma das potenciais aplicações está no fabrico aditivo de mobiliário urbano

Projeto Add-Additive transforma pneu reciclado em filamentos para fabrico aditivo

07/09/2020

A Genan está a desenvolver, em conjunto com o Instituto Politécnico de Leiria (IPL), o projeto ‘Add.Additive’, cujo objetivo é conseguir um material compósito, com incorporação de pneu reciclado, para fabrico aditivo. Trata-se de uma solução especialmente competitiva para pequenas séries, já que elimina a necessidade de produção de um molde.

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Especialista mundial em reciclagem de pneus em fim de vida, a empresa dinamarquesa Genan conta com seis fábricas espalhadas por vários países, entre eles Portugal. Na sua atividade, a Genan mantem a procura constante por soluções técnica e economicamente viáveis para aplicação do material obtido pela reciclagem dos pneus em fim de vida.

Em Portugal, a empresa tem em curso vários projetos, entre eles o denominado ‘Add.Additive’, cujo objetivo é desenvolver compósitos para pequenas series de produção aditiva através da utilização de pós provenientes da reciclagem de pneus em fim de vida, com diferentes granulometrias em matrizes termoplásticas.

Fabrico aditivo: a massificação da personalização

A digitalização dos processos de fabrico é, hoje, uma realidade incontornável. A competitividade tem que ser conquistada aos países com baixos custos de mão de obra pela via da criatividade, empreendedorismo e fusão digital das etapas de design, projeto, preparação para o fabrico e fabrico. A chamada quarta revolução industrial assenta em nove pilares fundamentais, sendo que o único relacionado com as tecnologias de produção, é o fabrico aditivo.

De entre as diversas vantagens do fabrico aditivo, destaca-se a capacidade de produção de produtos sem a necessidade de moldes. Esta vantagem permite que produtos para pequenas series de produção passem a ser competitivos. Aliás, o objetivo é massificar a personalização. Por exemplo, produtos de grande dimensão relacionados com mobiliário urbano poderão ser produzidos à peça, sem que haja necessidade de investimento num molde.

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O material em desenvolvimento poderá ser utilizado para a produção de peças de mobiliário urbano de grandes dimensões.

O trabalho em desenvolvimento, no âmbito do projeto add.additive (add.additive manufacturing to the Portuguese Industry), reúne vários parceiros industriais e da área científica e tecnológica e pretende a criação de soluções chave na mão, que incluam materiais e a sua forma de processamento através do fabrico aditivo, com vista à obtenção de produtos originais, únicos e sem molde, mas com a orientação da massificação da personalização. O projeto é muito abrangente tocando aspetos como os métodos de fabrico low cost para os filamentos a usar, a utilização de vários tipos de resinas com ou sem reforço de fibras, utilização de materiais reciclados e/ou de base natural e com possível inclusão embebida de sistema ciberfísicos e de materiais hierarquicamente adaptativos. Os parceiros industriais do projeto estão a desenvolver processos de fabrico e a ajustar matérias primas na prossecução deste objetivo.

Em concreto, estão a ser testados quatro processos de fabrico aditivo:

  1. Fabrico aditivo por extrusão de materiais termoplásticos com carga de pneu;
  2. Fabrico aditivo com deposição seletiva de material ligante (termoplástico ou termoendurecível), sobre cama de grânulos de pneu;
  3. Fabrico aditivo por fotopolimerização de resinas fotossensíveis (matriz) com cargas de pneu;
  4. Fabrico aditivo por sinterização seletiva por laser de material termoplástico com cargas de pneu micronizadas

Estes quatro caminhos em exploração permitem validar a introdução de granulado e/ou micronizado de pneu em quatro processos distintos de fabrico aditivo. Em todos os processos referidos foram realizados ensaios e os resultados obtidos até ao momento permitem antever que os processos mais adequados para incorporação da maior percentagem de carga de pneu por ordem de adequação será: 2, 1, 4 e por ultimo o 3.

No processo de fabrico usando a fotopolimerização, verifica-se uma fraca ligação provocada pela limitada fotopolimerização provocada pelo efeito sombra que reduz a penetração da luz na matéria prima (resina fotossensível com carga de micronizado de pneu). Por este processo a quantidade máxima de micronizado de pneu que foi possível de aplicar foi de 10% em massa.

Por sinterização laser, fizeram-se diversos testes com percentagens de incorporação de micronizado de pneu numa matriz de poliamida. Neste caso, as percentagens de incorporação de 10% e de 20 % permitiram obter produtos com resistência mecânica adequada para uma aplicação de referência. Fizeram-se testes usando uma percentagem de 30% em massa, no entanto, os corpos de prova facilmente se desintegram.

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Testes de extrusão de polipropileno com 50% de carga de granulado de pneu.

Pelo processo de extrusão (processo 1) a quantidade de pneu que foi possível incorporar em polipropileno obtendo uma extrusão adequada, foi de 50% em massa. Neste caso, os investigadores acreditam que, com uma melhor otimização do processamento e testes com outros termoplásticos (PE e por exemplo SBS para um material elastomérico), será possível atingir os 60% de carga de pneu em fabrico aditivo por extrusão.

O processo de fabrico baseado em cama de grânulos (processo 2), sendo um processo mais moroso de implementar pela ausência de sistemas de teste completos, é o que permitirá uma maior incorporação de pneu num produto. Os grânulos de pneu, são ‘molhados’ com resina termoendurecível ou são previamente envolvidos com uma fina camada de material termoplástico que é ativado seletivamente por calor. Por este processo a carga de pneu possível de incorporar será entre os 75% e os 95% em massa.

Para os casos de fabrico mais promissores em termos de incorporação de pneu, a Genan está a trabalhar com os outros parceiros do consórcio, nomeadamente a Periplast e o Centro para o Desenvolvimento Rápido e Sustentado de Produto do Politécnico de Leiria, com o objetivo de ter disponíveis equipamentos protótipo para objetos de grandes dimensões. No caso da extrusão, foi desenvolvido um sistema que pode ser acoplado num braço de robô (como o que se mostra na imagem acima) e, no caso da impressão sobre cama de grânulos, existirá um protótipo de sistema com a capacidade de produção num volume correspondente a 1 x 1 x 1 metros.

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