Evolució actualitzada del projecte Replay per a SEIDOR tancament Projecte

L'Agència Gallega d'Innovació (GAIN) va finançar el projecte REPLAY dins del marc RIS3 Galícia (Programa Conecta Hubs) i cofinançat pel Fons Europeu de Desenvolupament Regional (Feder) dins del programa operatiu Feder Galícia 2014-2020.

El projecte "REPLAY": REcycling of PoLyamides for Additive manufacturing (Reciclatge de poliamides per a fabricació additiva), és una proposta l'objectiu principal de la qual és generar la primera solució integral de reciclatge de poliamides procedents de diversos sectors industrials, donant-los un ús de valor afegit com pot ser la fabricació additiva, recolzant-se en noves formulacions de material i en processos avançats de fabricació optimitzats mitjançant l'ús de TICs que facilitaran el seu desplegament. En el projecte es van incloure eines d'impressió 3D automatitzades capaces d'utilitzar matèria primera reciclada per generar nous productes.

Per a això es va desenvolupar un prototip de sistema de reciclatge que permet utilitzar els residus procedents dels processos de UTINGAL (bosses de buit de niló) per a l'obtenció de compostos de poliamida destinats a la fabricació de noves peces personalitzades al sector aeronàutic.

En aquest projecte van participar 5 empreses complementàries (UTINGAL, MOVERATUS, ENSO, ECOPLAS, MSS SEIDOR) que van ser capaces de resoldre els reptes tecnològics en les tres grans àrees que condicionen el projecte: química, mecànica i d'automatització-control. Tot això recolzats per dos centres de referència com són CETIM i UVIGO que van donar coneixement i suport als participants al llarg de tota la vida del projecte. A través de la seva experiència en l'Enginyeria de Desenvolupament, UTINGAL va coordinar REPLAY amb l'objectiu de generar un procés industrial integral de reciclatge continu de poliamides que pugui ser exportat de forma senzilla i accessible a qualsevol indústria plàstica.

UTINGAL és una empresa especialista en donar solucions integrals per als sectors aeronàutic, automoció, defensa i serveis. Amb més de 20 anys d'experiència, proporcionen una gamma completa de serveis

El projecte es va dividir en quatre activitats que es van desenvolupar al llarg de tres anualitats:

• Activitat A1 - Anàlisi dels residus i mètodes de processament més adequats en funció de la seva composició. balanç global d'emissions i potencial de digitalització. Els objectius d'aquesta activitat van ser realitzar la caracterització dels materials de partida a reutilitzar, estudiar els processos productius més adequats aplicables al material reutilitzable, així com identificar possibles fórmules d'additivació i determinar el potencial de reducció de petjada de carboni global.
• Activitat A2 - Disseny de processos i metodologies de reciclatge de material plàstic utilitzat en la indústria aeronàutica basats en economia circular. Els objectius d'aquesta activitat van ser la posada en marxa d'un sistema de revalorització de bosses de poliamida per a l'obtenció de diversos productes a partir de múltiples formulacions polimèriques, i la validació d'almenys diverses formulacions optimitzades basades en poliamida reciclada per a la producció de gransa destinada a proves de concepte per a impressió 3D i obtenció de malles destinades al packaging.
• Activitat A3 - Disseny, fabricació i desenvolupament de la regulació del sistema de fabricació additiva (impressió 3D). L'objectiu d'aquesta activitat es va centrar en la construcció d'un prototip de cel·la d'impressió 3D, desenvolupament de programari de gestió integral per a la impressió i desenvolupar les primeres proves d'impressió amb la poliamida reciclada.
• Activitat A4 - Validació del sistema de fabricació additiva (impressió 3D). L'objectiu de l'última activitat va ser comprovar de forma pràctica el correcte funcionament del prototip mitjançant diversos casos d'aplicació

Durant la primera anualitat es van caracteritzar els materials de partida i els processos productius més adequats. Es van dur a terme estudis de FTIR, anàlisi tèrmica mitjançant DSC i TGA, anàlisi d'índex de fluïdesa i anàlisi morfològic de cada mostra per determinar-ne la composició, el grau de puresa i reciclabilitat. També es va realitzar la vigilància tecnològica sobre pretractaments, sistemes de rentat i assecat de residus plàstics derivats de la indústria aeronàutica a més de processos d'extrusió de plàstics reciclats, additius i agents compatibilitzants destinats a poliamida. Per comprovar la fiabilitat del projecte es va realitzar una anàlisi de petjada de carboni i el cicle de vida de les bosses de poliamida utilitzades en la indústria aeronàutica de manera que es van poder conèixer els efectes que aquests processos tenen en el medi ambient per separat i quines serien les millors vies d'actuació per evitar-los o reduir-los.

Durant la segona anualitat es van estudiar les diferents metodologies d'acondicionament de residu de poliamides, així com la seva posterior caracterització per determinar les condicions òptimes de processat (cabals d'entrada, separació òptica, trituració, procés de rentats, assecatge mecànic i tèrmic previ al procés d'extracció). Per elaborar les diferents formulacions mitjançant processos de compounding, es van dur a terme diverses formulacions diferents de poliamida 6 comercial i amb fins d'impressió 3D (NANOVIA3 i PA reciclada). Les diferents formulacions es van utilitzar per conèixer i comparar les propietats mecàniques i tèrmiques de cada material obtingut, determinant així el seu òptim. Per a això es van caracteritzar les seves propietats tèrmiques (per TGA) i mecàniques (tracció i flexió). També s'han dut a terme anàlisis per conèixer l'estructura del material injectat que es va analitzar per SEM (en superfície i fractura). Finalment es va realitzar la determinació del seu índex de fluïdesa.

Durant els últims mesos d'aquesta anualitat, es van valorar els paràmetres clau que afecten la impressió de la PA6 (velocitat d'impressió, flux, temperatura, etc.) i es van realitzar diferents proves d'impressió canviant aquests ajustos. Com a conclusions de l'activitat realitzada, es destaca que la temperatura de llit i la velocitat d'impressió són crucials per obtenir un bon material. Finalment, es va realitzar la validació tecno-econòmica de la formulació de poliamida òptima desenvolupada, que és a partir d'un 20% de PA6 comercial, un 75% de PA residual i un 5% de SCONA® TPPE 1102 PALL comparant-la amb la poliamida comercial d'impressió. Els assajos de TGA han revelat que aquest material presenta propietats tèrmiques molt similars a la poliamida 6 comercial, a més d'exhibir adequades propietats per a la fabricació additiva de peces 3D, per la qual cosa és viable emprar aquesta composició des del punt de vista tècnic.

En la tercera i última anualitat, es va realitzar la construcció d'un prototip de cel·la d'impressió 3D, desenvolupament de programari de gestió integral per a la impressió i desenvolupar les primeres proves d'impressió amb la poliamida reciclada. Els elements que componen la cel·la d'impressió són un Robot Kuka, un cos extrusor, calefactors per radiació i altres elements com són tancament de seguretat, taula calefactora, sistema de buit de la taula, sistema d'alimentació per buit, el quadre elèctric i el programari de comunicació.

Es va realitzar la interconnexió entre el braç robot a l'ordinador i al smartPAD per al seu control, de tal manera que se li pot donar l'ordre d'extrusió del material. També ha pogut realitzar calibracions i comprovacions entre les ordres i el moviment real del braç. En la mateixa línia es va instal·lar i programar un panell SIMATIC HMI, una interfície entre el procés i els operaris que permeten visualitzar diferents paràmetres del sistema i permet introduir valors individuals de cara a impressions 3D no automatitzades. Per a la gestió de les peces impreses, es va realitzar la integració del programari de control per a impressió 3D, agregant totes les funcions en un únic entorn, fàcil de manejar i que contingui tota la informació.

A continuació, es van realitzar diferents proves d'extrusió amb material reciclat i es va aplicar a les bosses de poliamida d'UTINGAL. Es van realitzar una sèrie de tasques enfocades a l'estudi del comportament de la reutilització de diferents materials termoplàstics, considerant aspectes importants com el procés de degradació que pateixen aquests materials durant la seva síntesi, processament, ús i reprocessament mitjançant la impressió 3D.

Finalment, s'ha validat la construcció de la instal·lació, la formulació òptima de compost de poliamida i es van desenvolupar proves d'impressió amb l'objectiu d'optimitzar els paràmetres i obtenir peces impreses amb la poliamida reciclada. D'aquesta manera al final del projecte es va obtenir un prototip de solució TRL 7: “Demostració del prototip del sistema en un entorn operatiu” a les instal·lacions de Tui de UTINGAL.

Durant aquesta fase es va poder estimar que, amb aquest prototip, l'empresa és capaç de reciclar 3.600 [kg] de bosses de poliamida a l'any, evitant les emissions de 39.708 [kg] de CO2 equivalent. A més, l'aplicació d'aquest sistema de revalorització de residus suposarà a UTINGAL un estalvi de 219.510 euros anuals (87%) en imprimir les seves pròpies peces ja que s'estima un cost total de peces impreses amb aquest material de 32.490 euros mentre que l'adquisició d'aquestes mateixes peces utilitzant acer (i fabricades per mètodes convencionals) té un cost de 252.000 euros.

UTINGAL el 10 de maig de 2023, juntament amb la resta de participants i responsables del projecte, van exposar de forma directa els resultats de les tasques realitzades al llarg del projecte al tècnic de GAIN Joaquín García López. En aquesta visita es va realitzar una exposició dels resultats des del punt de vista teòric i mostrant-se els lliurables de les diverses etapes de desenvolupament i es va realitzar també una demostració pràctica a les pròpies instal·lacions de UTINGAL.

Per tant, aquesta iniciativa del programa Conecta Hubs, finançada per GAIN i cofinançada pel Fons Europeu de Desenvolupament Regional (Feder) dins del programa operatiu Feder Galícia 2014-2020 ha permès generar una eina específica per a la reutilització de residus plàstics procedents de la indústria generant peces d'alt valor afegit.