Retour

Recyclage de PLA

Nous avons déterminé qu'une imprimante 3D FDM peut imprimer entre 50-70g/heure. Avec les supports, les “brim”, et des pièces ratées nous pouvons anticiper au moins 15% de chute ou 7-10g/heure de chute. Un panneau de 600x300x3mm en PLA pèsera environ 700g, ce qui peut être généré par une imprimante 3D en 100H d’impression ou 12J ouvrable. Avec PIY3D, nous sommes équipés avec plus d’une vingtaine d’imprimantes et nous travaillons avec des écoles et universités qui sont également équipées de dizaines d’imprimantes.
  • Author Royce S. Florian / Hamdy El Hosary
  • Date 18/07/2019

Au sein de MAKO, notre Usine-Boutique de 100 m² (17 Rue des Boulets, Paris 75011), nous développons actuellement un processus permettant de recycler efficacement les déchets d’impressions 3D en plaques qui peuvent être découpées au laser CO2, technologie extrêmement répandue dans les mêmes lieux où l’on trouve des imprimantes 3D .

Avec la montée en puissance de la production décentralisée et des chaînes de production locale, il est important d’optimiser l’utilisation des matériaux et de minimiser les coûts de production. Notre objectif est de créer un service qui fournira aux nouvelles «Usine-Boutiques» un moyen de valoriser les déchets de leurs imprimantes 3D en matériaux uniques et de qualité, compatibles avec leurs capacités d’usinage.

Plus concrètement, nous avons déterminé qu’une imprimante 3D FDM peut imprimer entre 50-70g/heure. Avec les supports, les “brim”, et des pièces ratées nous pouvons anticiper au moins 15% de chute ou 7-10g/heure de chute.  Un panneau de 600x300x3mm en PLA pèsera environ 700g, ce qui peut être généré par une imprimante 3D en 100H d’impression ou 12J ouvrable. Avec PIY3D, nous sommes équipés avec plus d’une vingtaine d’imprimantes et nous travaillons avec des écoles et universités qui sont également équipées de dizaines d’imprimantes. 

Notre objectif est de réunir et collaborer avec les différents acteurs afin de créer des machines qui sont capable de transformer les chutes en plaques de PLA qui peuvent ensuite être ensuite vendues à des makerspaces, écoles et artistes. Techniquement, cela implique d’avoir une machine et un processus permettant de transformer au moins 7kg par heure pour que le système soit économiquement viable. 

Design:

Nous avons recruté un stagiaire en M1 de Physique de l’Université de la Sorbonne, ‘Hamdy El Hosary’ pour modéliser, simuler et tester un prototype de moule thermo-réglable. La capacité de chauffer et refroidir le PLA à l’intérieur même du moule est nécessaire à la cadence de production requise.

Dans le but de récupérer et recycler les chutes de PLA, il est nécessaire de le fondre afin de le remodeler à notre guise. L’idée est de conceptualiser un moule dont le rôle est double : chauffer ET modeler les chutes de PLA.

Pour ce faire, nous avons pensé un système de chauffage/refroidissement qui se base sur les phénomènes de conductions et de convections de la chaleur. Autrement dit, nous avons imaginé un canal faisant circuler un liquide directement en-dessous du moule, lui transmettant ainsi sa température.

 

Notre presse 6T avec le moule chargé dans la zone de compression

Nous avons modélisé un moule constitué de plaques d’acier et de PMMA. 

La cavité du moule est en acier afin de mieux transmettre la chaleur ET diminuer la déformation imposée par la presse. 

Les creux dans les coins sont des réservoirs pour le PLA dans le cas où le moule est légèrement surchargé.

La canalisation d’eau est fabriquée en PMMA. Ce matériau résiste aux températures utilisées. 

Ce design nous permet de tester et changer la canalisation très rapidement puisqu’il nous est possible de le produire chez nous grâce à la découpe laser. 

 

Circuit de Chauffe/Refroidissement

Nous avons étudié la forme de ce conduit afin de maximiser sa surface de contact avec le moule et donc optimiser sa conduction. Une première approximation tenant compte du temps d’usinage pour un prototype nous a amené à cette forme.

Par la suite nous avons défini le liquide utilisé comme étant de l’eau et lancé quelques simulations des échanges thermiques en jeu pour une durée de 3 minutes.

 

 

 

Les résultats sont intéressants puisque l’on observe une chauffe assez rapide du PLA. Ainsi le système mis au point transfert efficacement la chaleur du liquide utilisé (ici de l’eau) au PLA. 

Cependant, bien que nos résultats soient satisfaisants dans le cadre d’un premier prototype, il reste quelques points à travailler.

Premièrement, nous observons que la distribution de chaleur n’est pas entièrement homogène dans la plaque de PLA et que la température de surface haute nécessite encore un peu plus de chauffe afin d’atteindre la même température que la surface basse.

 Afin de palier à cela, une optimisation de la forme du conduit est possible. Nous avons calculé qu’en partant sur la base d’une section ondée, nous maximiserions le contact ce qui, à terme, améliorerait le transfert de chaleur.

Nous avons aussi eu l’idée d’utiliser la chaleur dissipée dans le reste du moule et de la rediriger vers la surface haute du PLA. Pour cela, nous comptons ajouter une plaque d’un matériau très conductif par-dessus.

Enfin, nous réfléchissons à utiliser un autre liquide possédant de meilleures propriétés thermiques (bien que l’eau reste un très bon vecteur de chaleur).

*Calculé pour une source de chaleur du 3000W

Tests

Actuellement, nous sommes en train de tester le système de presse SANS refroidissement. Notre objectif, dans un premier temps est de vérifier la faisabilité d’un panneau correctement dimensionné, en autorisant une variation d’épaisseur de moins de 250 microns.

 Nous utilisons une caméra thermique afin de déterminer la température de PLA permettant une manipulation plus aisée (entre 60-160°C). Un four est actuellement utilisé pour chauffer la PLA et les mesures de température sont faites à l’aide d’une caméra et d’une sonde. Le moule est ensuite chargé avec le PLA chaud puis pressé pour créer les panneaux.

Au-delà de la fabrique de plaques, nos objectifs principaux sont de comparer les résultats de simulations avec la réalité. Nous voulons affiner nos mesures et avoir un modèle physique du système plus précis. Nous utiliserons ce modèle pour le futur développement d’un moule de plus grande taille. 

120g de PLA sortant du four

PLA Chaud

Nous avons une presse de 6T pour écraser le PLA dans sa forme de panneau.

Une distribution de force imparfaite ET un moule froid ont compromis la répartition parfaite du PLA dans notre moule. 

La panel est 3mm +/- 0.2mm 

 

Conclusions

  Nous sommes en train de valider les différents systèmes et processus de notre machine. Notre cible de température initiale (176°C) est bien trop haute, le PLA est trop difficile à manipuler sous sa forme liquide. Il se thermoforme très bien dans une gamme de température allant de 110 à 120°C. Il s’agit d’un bon point puisque cela signifie que nous avons moins d’énergie à dépenser pour le transformer. 

  De plus, nous nous sommes rendu compte qu’il est absolument nécessaire de chauffer le moule afin garder la surface du PLA chaude pendant la compression afin  d’assurer une bonne distribution de plastique. Actuellement, nous avons une bonne régularité sur l’épaisseur de matériel avec une variance de moins de 200 microns, MAIS nous n’avons pas réussi à fabriquer un panneau carré en remplissant le moule. 

La progression sur le projet est assez rapide et nous espérons avoir les premiers panneaux carrés dans les prochaines 2 semaines. Nous sommes également en train de comparer nos simulations avec nos tests ! Nous partagerons les résultats dans l’été.