El reciclado de PA para sinterizado selectivo por láser
3 de septiembre de 2010
Todas estas tecnologías tienen en común un hecho importante: el objeto generado se obtiene añadiendo material, no eliminando. Esto se debe a que están basadas en las Técnicas de Fabricación por Capas (Layer Manufacturing Technologies). La capacidad de visualización de los diseños tridimensionales, la disminución del tiempo requerido para producir piezas prototipos, la reducción de costes asociados a la eliminación de rediseños en las primeras fases de diseño, la libertad geométrica, son algunas de las ventajas que ofrecen estos procesos.
Sin embargo, uno de los inconvenientes que presentan los materiales de sinterizado es que el material en polvo no sinterizado durante el proceso se puede reutilizar solamente un número limitado de ciclos, ya que durante la fase de calentamiento en la cámara de sinterizado, dicho material va perdiendo propiedades y se desecha. El material permanece a una temperatura próxima a la de fusión durante un tiempo más o menos prolongado según sea el tamaño de la pieza a construir. Esto hace que se vayan descomponiendo algunas fracciones del polímero y se vayan degradando algunos aditivos. Este material se va mezclando con material virgen en cierta proporción sin embargo tras unos 15-20 ciclos se desecha, con el consiguiente coste económico que ello supone, y la repercusión medioambiental que genera.
Con el fin de obtener un uso más eficiente del material a fin de minimizar su consumo y optimizar la frecuencia de reposición del material virgen se ha desarrollado un método sistemático para determinar la pérdida de propiedades y su potencial de reutilización. Dicha metodología, se basa en la determinación del MFI del material no sinterizado durante el proceso de SLS. Estudios previos realizados afirman que el MFI es método rápido y sencillo para medir el ritmo de degradación del polvo debido al proceso SLS. El índice de fluidez es un indicador muy sensible de los cambios en las propiedades del material. A partir de la diferencia de fluidez antes y después del proceso de SLS se puede sacar conclusiones acerca de la degradación sufrida por el material durante el proceso, un peso promedio menor es debido a la rotura de las cadenas moleculares, lo que implica degradación del material.
En este trabajo se presenta el estudio realizado a la poliamida (PA) para uso en sinterizado selectivo por láser con objeto de determinar la variación del MFI en función de la temperatura de acondicionamiento y tiempo de exposición.
Materiales y métodos experimentales
En este estudio se ha utilizado una poliamida 12 en polvo (Innov’PA 1550) suminitrada en polvo por 3D System. Las principales características de este material se incluyen en la Tabla 1.
También se ha empleado para el estudio mezcla de 75% PA12 acondicionada con 25% PA12 sin acondicionar. El material fue acondicionado durante 24 horas a 130 y 160 °C en una estufa MM Medcenter Gmbh modelo Venticell 55. El índice de fluidez se evaluó cada 3 horas en un equipo Astfaar modelo Twelvindex. Las mediciones del índice de fluidez fueron realizadas según UNE EN ISO (235 °C y 2,16 kg). El material, tanto antes del envejecimiento como después, se caracterizó mediante calorimetría diferencia de barrido (DSC).
Resultados y discusión
En primer lugar se realizó el acondicionamiento de la PA12. Tras 3 horas de acondicionamiento, la muestra de PA12 presentaba una coloración amarilla en la capa más superficial debido a la oxidación de la muestra (Figura 1).
Las curvas calorimétricas de la PA12 sin envejecer y envejecida a 130 °C y 160 °C durante 12 horas se incluye en la Figura 2. Mediante DSC se ha obtenido que la PA12 posee un pico de fusión a 184,6 °C. Tras el envejecimiento este pico aumenta ligeramente, según se incrementa la temperatura de acondicionamiento (185 °C para una acondicionamiento de 130 °C y de 187,1 °C en el caso de 160 °C).
A continuación se realizaron, cada 3 horas, las mediciones del índice de fluidez tanto de la PA12 acondicionada a 130 °C y 160 °C como de la mezcla de 75% PA12 acondicionada + 25% PA12 sin acondicionar. En la Figura 3 y Figura 4 se incluyen los resultados obtenidos.
Ambas figuras presentan una tendencia similar, el índice de fluidez experimenta una disminución progresiva según se incrementa el tiempo de acondicionamiento. Además en ambos casos los MFI de las muestras acondicionadas a 160 °C son inferiores a los obtenidos de los acondicionados a 130 °C.
Conclusiones
Según los resultados iniciales presentados en el presente trabajo, se observa que el material sufre cambios en la estructura del material según sea la temperatura y el tiempo de exposición. Dentro del estudio de reciclado del polvo de PA12 para sinterizado, las próximas actividades del proyecto se van a centrar en estudiar la influencia de la localización del polvo en las propiedades del mismo.
Referencias
-Krassimir Dotchev. ‘Recycling of polyamide 12 based powders in the lacer sintering process’. Rapid Prototyping Journal 15/3 (2009) 192-203.
-Ryan Haislmaiter. ‘Investigation of the Thermophysical properties of Recycled Polyamide Materials used for Selective Laser Sintering’.
Agradecimientos
El presente proyecto está parcialmente financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, así como por la Unión Europea dentro del Programa Operativo de I+D+i por y para el beneficio de las empresas (Fondo Tecnológico) del Feder (PSE-020000-2009-1) y por el Impiva (IMIDIC/2009/45).
