la valorisation des matériaux polymères par l’impression...
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La valorisation des matériaux polymères par l’impression 3D
Nicolas LOGIÉ
Plan de la présentation
• Quelques chiffres • Difficultés
Recyclage des polymères
Impression 3D • Définition • Matériaux & technologies
Application au recyclage des matières plastiques • Imprimabilité d’un polymère • Cas d’étude
Recyclage des polymères
Sources : Plasticseurope
o 25 millions de tonnes de déchets plastique par an en Europe (3,4 millions de tonnes en France en 2016) o 15e rang européen pour la valorisation des déchets plastiques (65,7% :
recyclage + valorisation énergétique) o 25e rang européen pour le recyclage (22,2%)
+ 64 % Recyclage
Valorisation énergétique
- 38 % Décharge
+ 46 %
Quelques chiffres sur les déchets plastiques post-consommation :
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Recyclage des polymères
o 25 millions de tonnes de déchets plastique par an en Europe (3,4 millions de tonnes en France en 2016) o 15e rang européen pour la valorisation des déchets plastiques (65,7% :
recyclage + valorisation énergétique) o 25e rang européen pour le recyclage (22,2%)
Quelques chiffres sur les déchets plastiques post-consommation :
Difficultés concernant le recyclage des polymères :
o Identifier un gisement de qualité o Conserver les propriétés du matériau o Trouver un mode de valorisation
économiquement intéressant
IMPRESSION 3D ?
Sources : Plasticseurope 2
Impression 3D Construire un objet couche par couche à partir d’un fichier numérique
DIGITAL ADDITIF
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Impression 3D Construire un objet couche par couche à partir d’un fichier numérique
DIGITAL ADDITIF
Secteurs d’application (4,5 $Md en 2014) : o Automobile et transports : 18% o Production et outillage : 18% o Aéronautique et spatial : 12% o Médical : 14%
o Institutions académiques : 6% o Energies : 5% o Défense : 4% o Construction : 4%
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o Accessibilité o Prototypage/petite série o Forte croissance o Design libre/pièces complexes
o Cadence de fabrication o Propriétés finales o Résolution
Avantages/inconvénients concernant les polymères :
Impression 3D
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o Cadence de fabrication o Propriétés finales o Résolution
Avantages/inconvénients concernant les polymères :
Source : sculpteo.com
Impression 3D
Impression 3D Injection
o Accessibilité o Prototypage/petite série o Forte croissance o Design libre/pièces complexes
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o Cadence de fabrication o Propriétés finales o Résolution
Avantages/inconvénients concernant les polymères :
Impression 3D
o Accessibilité o Prototypage/petite série o Forte croissance o Design libre/pièces complexes
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o Cadence de fabrication o Propriétés finales o Résolution
Avantages/inconvénients concernant les polymères :
Impression 3D
o Accessibilité o Prototypage/petite série o Forte croissance o Design libre/pièces complexes
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Matériaux & technologies
Métaux
Polymères
Autres matériaux
(céramiques, minéraux…)
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Matériaux & technologies • 1. Assemblage de couches
Métaux
Polymères
Autres matériaux
(céramiques, minéraux…)
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Matériaux & technologies • 1. Assemblage de couches
Métaux
Polymères
Autres matériaux
(céramiques, minéraux…)
• 2. Projection de liant sur poudre
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Matériaux & technologies • 3. Solidification de poudre
Métaux
Polymères
Autres matériaux
(céramiques, minéraux…)
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Matériaux & technologies
Métaux
Polymères
Autres matériaux
(céramiques, minéraux…)
• 4. Projection de matière dans un flux d’énergie
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Matériaux & technologies • 5. Projection de gouttes de matière
Métaux
Polymères
Autres matériaux
(céramiques, minéraux…)
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Matériaux & technologies • 5. Projection de gouttes de matière
Métaux
Polymères
Autres matériaux
(céramiques, minéraux…)
• 6. Polymérisation de résine (SLA) :
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Matériaux & technologies
Métaux
Polymères
Autres matériaux
(céramiques, minéraux…)
• 7. Fusion de fil par buse chauffante (FDM)
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Matériaux & technologies
Métaux
Polymères
Autres matériaux
(céramiques, minéraux…)
• 7. Fusion de fil par buse chauffante (FDM)
o Technologie accessible (coût, utilisation) basée sur l’extrusion
o Valorisation à haute valeur ajoutée (filament : 30-50€/kg)
o Matériaux diversifiés (nombreux filaments polymères disponibles)
Opportunité pour le recyclage des polymères
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Application au recyclage des matières plastiques
Quelles sont les conditions pour valoriser un déchet plastique par l’impression 3D FDM ?
• Etats des lieux des polymères disponibles pour l’impression 3D FDM • Présentation de l’équipement FDM du CRITT Matériaux Alsace
• Conditions requises pour qu’un polymère soit apte à l’impression 3D FDM • Stratégies mises en place pour rendre un polymère imprimable • Application à un matériau recyclé
?
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Matériaux : Filaments polymères (Ø 1,75 – 2,85 mm, 30-50 €/kg) o Polymères couramment utilisés : ABS et PLA
Facile à imprimer Couleurs, charges (bois, métal, phosphorescent…)
Makershop.com Owa3D.com
Grossiste3D.com
Application au recyclage des matières plastiques
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Matériaux : Filaments polymères (Ø 1,75 – 2,85 mm, 30-50 €/kg) o Polymères couramment utilisés : ABS et PLA
o Polymères techniques : PC, PET, PS, ASA, PMMA, ABS/PC, Nylon, PU (Ninjaflex®)…
Facile à imprimer Couleurs, charges (bois, métal, phosphorescent…)
Makershop.com Owa3D.com
Grossiste3D.com
Application au recyclage des matières plastiques
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Matériaux : Filaments polymères (Ø 1,75 – 2,85 mm, 30-50 €/kg) o Polymères couramment utilisés : ABS et PLA
o Polymères recyclés : • PLA, PS (filaments OWA® de ARMOR 3D printing, valorisation de
cartouches d’encre) • ABS et PET (filaments de REFIL, valorisation de tableaux de bord
et de bouteilles plastiques)
o Polymères techniques : PC, PET, PS, ASA, PMMA, ABS/PC, Nylon, PU (Ninjaflex®)…
Facile à imprimer Couleurs, charges (bois, métal, phosphorescent…)
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Grossiste3D.com
Application au recyclage des matières plastiques
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Spiderbot 3D printer v2.2 :
Equipements du CRITT Matériaux Alsace :
Buse Ø : 0,4-0,8mm
• Température d’impression jusque 360°C • Plateau chauffant jusque 120°C • Enceinte fermée • Dimension des pièces : Ø180mm x 200mm • Hauteur de couche 0,15-0,45mm • Tête d’impression simple ou double
Conditions d’utilisation souples
Test d’une multitude de polymères
Caractéristiques :
Application au recyclage des matières plastiques
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Buse Ø : 0,4-0,8mm
Spiderbot 3D printer v2.2 :
Equipements du CRITT Matériaux Alsace :
Principe de fonctionnement :
Application au recyclage des matières plastiques
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Buse Ø : 0,4-0,8mm
Construction d’une pièce (couche 0,15 mm)
Equipements du CRITT Matériaux Alsace :
Spiderbot 3D printer v2.2 : Principe de fonctionnement :
Application au recyclage des matières plastiques
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Buse Ø : 0,4-0,8mm
Mini extruder Filabot + système de tirage :
Equipements du CRITT Matériaux Alsace :
Spiderbot 3D printer v2.2 :
Application au recyclage des matières plastiques
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Matériaux utilisés :
3 polymères FDM (bobine de filament) : • PMMA 175-TR (Avistron) • PC-Plus (Polymarker) • ABS/PC (Neofil3D)
4 polymères non FDM (granulés) : • PMMA LG IF850 • PC Calibre 301 TC030093 • ABS/PC Bayblend PMR80013 • SAN Kostil B666 2050
Mise en forme de filaments + test d’impression
Application au recyclage des matières plastiques
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250°C 220°C
Matériau : PC FDM
3 critères d’imprimabilité identifiés :
ü Viscosité du polymère :
Application au recyclage des matières plastiques
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250°C 220°C
Matériau : PC FDM
3 critères d’imprimabilité identifiés :
ü Viscosité du polymère :
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
200 210 220 230 240 250 260 270
MFR
en
g/10
min
(2,1
6 kg
)
Température d'essai (°C)
SAN Kostil B366PC Calibre 301PC FDMABS/PC FDMABS/PC BAYBLENDPMMA FDMPMMA IF850
Mesure de la fluidité (MFR) :
Zone idéal d’impression
Application au recyclage des matières plastiques
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250°C 220°C
Matériau : PC FDM
3 critères d’imprimabilité identifiés :
ü Viscosité du polymère :
ü Taux de gonflement :
Matériaux : PLA FDM, PC Industriel
Application au recyclage des matières plastiques
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250°C 220°C
Matériau : PC FDM
3 critères d’imprimabilité identifiés :
ü Viscosité du polymère :
Application au recyclage des matières plastiques
ü Flexibilité du filament :
PMMA
SAN
ABS/PC
PC
ü Taux de gonflement :
Matériaux : PLA FDM, PC Industriel
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Formulation polymère/additif
ü PMMA/EM520 (90/10)
ü PMMA/PLA (90/10)
Formulation polymère/polymère
Matériau imprimable + Tg contrôlée (60-95°C)
ü PMMA/PLA (0-10-25-50-75-100%)
(PMMA)
ü Solutions concernant la flexibilité du filament :
Filament trop cassant
Application au recyclage des matières plastiques
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ü Cas d’un PMMA recyclé issus de l’industrie automobile
Déchet plastique Mélange polymère/polymère
ü PMMA/PLA (10%)
Filament trop cassant
Application au recyclage des matières plastiques
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ü Cas d’un PMMA recyclé issus de l’industrie automobile
Déchet plastique Mélange polymère/polymère
ü PMMA/PLA (10%)
Filament trop cassant
Application au recyclage des matières plastiques
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Conclusions
Merci pour votre attention Nicolas LOGIE
Ingénieur d’études plasturgie CRITT Matériaux Alsace
Mail: [email protected] Tel: +33 (0)3 88 19 15 10
ü L’impression 3D FDM constitue une bonne alternative pour la valorisation des déchets plastiques
ü Des conditions d’imprimabilité ont été identifiées, tous les polymères ne sont pas adaptés à l’impression 3D FDM
ü La formulation par extrusion est une piste intéressante pour rendre un polymère/déchet plastique imprimable