В Германии в 2023 году проблема накопления пластиковых отходов достигла рекордных объемов - 5,6 миллиона тонн. Большинство этих отходов не могут быть переработаны из-за высокого потребления одноразовых изделий домашними потребителями. Институт Фраунгофера по разработке технологий производства и инновационных материалов придумал метод превращения пластиковых отходов в нити для 3D-печати. Новая система позволяет создавать высококачественные изделия из переработанных материалов, чтобы удовлетворить возрастающий спрос на такие продукты.
Доктор Силке Экхардт, профессор Бременского городского университета прикладных наук (HSB), специализирующаяся на устойчивых энергетических системах и эффективности использования ресурсов, была приглашена компанией для помощи. Она отметила в пресс-релизе, что переработка "потребительских отходов" представляет собой более сложную задачу, чем переработка "остатков пластика, образующихся в результате промышленного производства", из-за их высокой неоднородности и загрязнения.
Дирк Годлински, руководитель проекта в рабочей группе по композитным технологиям Fraunhofer IFAM, отметил, что выполнение "строгих требований" стало для компании сложной задачей. Материал должен был соответствовать стандартам по чистоте, форме и размеру.
Для увеличения количества пластиковых отходов в домашних хозяйствах Германии значительный вклад внесли упаковочные материалы. Товары одноразового использования составляют большинство из них. В свою очередь, команда Экхардта взяла на себя задачу по переработке данных "сложных в обращении пластиков" для производства с добавлением веществ.
Для решения поставленной задачи, Экхардт с ее коллективом обработали отходы сортировочного завода в лабораториях университета по экономике замкнутого цикла. Пластик был измельчен, промыт и отделен от ненужных материалов с использованием флотации, как отмечено в пресс-релизе.
Превращение пластиковых отходов в нить для 3D-печати началось с возвращения материала в Fraunhofer IFAM, где они приступили к переработке с использованием технологии ближнего инфракрасного диапазона для идентификации и удаления посторонних пластиковых элементов. В конечном итоге, пластик был измельчен до нужного размера частиц, достигнув 99,8% чистоты. Годлиньски отметил, что результатом этого процесса стал «однородный полипропилен из подготовленных отходов», который является универсальным, долговечным, устойчивым к повреждениям и относительно гибким видом пластика.
В Институте Фраунгофера IFAM материал после очистки обработали в промышленном экструдере, где хлопья переработанного полипропилена были расплавлены при температуре 392 градуса по Фаренгейту. Годлински пояснил, что опыт команды заключается в точной регулировке различных параметров производства, таких как механические винты, температура, давление и скорость, для получения однородного полипропилена в конечном продукте. Для использования пластика в 3D-печати была изготовлена прядь круглой формы диаметром 0,002 дюйма с гладкой поверхностью. С помощью этого материала были успешно напечатаны первые компоненты, включая заглавные буквы и примечания к пресс-релизу.
Исследователи в данный момент активно работают над улучшением процесса производства. Экхардт подчеркнул в пресс-релизе, что важно увеличить спрос на вторичные материалы, особенно в свете изменения климата, чтобы повысить эффективность использования ресурсов. Он отметил, что замкнутая экономика цикла становится все более значимой. Годлински также поддержал эту идею, заявив, что чем больше мы перерабатываем отходы, тем больше энергии и ресурсов мы можем сохранить. По его мнению, добавление стекловолокна в пластик при производстве позволит создавать детали для авиации и автомобилестроения, что сделает материал более совершенным.