MIDA. Remanifattura additiva ed economia circolare dei materiali compositi

This thesis has been developed starting from the European project “FiberEUse. Large-scale demonstration of the techno-economic advantages of the new value chains of the circular economy based on the re-use of fiber-reinforced composite materials at the end of life”. It starts with the goal of solving the problem of disused glass-resin components disposing. In fact, composite materials, as thermosets, cannot be re-solved to be reformed: the only alternative to landfill is the mechanical recycling and the reintegration of the powder into a second application, possibly with a long duration. In other words, the aim is to extend the life cycle of these materials and find a second use for them. The proposed method is that one of additive re-manufacturing, and in particular of LDM (“Liquid Deposition Modelling”) process. Overall, the experimental research conducted in this paper has the objective of demonstrating the potential of the LDM process based on the needs and characteristics of the studied material. The thesis develops around two main areas: the study of composite material behaviour and the analysis of its possible applications. The first area led to understand how to generate the appropriate material composition for 3D printing, as well as to unveil its mechanical and physical properties. The second one suggests applications that take advantage of the discovered features of the chosen material. Moreover, this paper investigates the possibility to “print in the air”. In the FDM printing process, supports are necessary when the parts of a piece need support to avoid a collapse. However, it is possible to perform self-standing prints modulating the UV light stimulus with the LDM process and with the use of photo curable materials. In fact, if you are able to harden the material just extruded, you will be able to print on air and directly on site. The results obtained in this thesis have validated this process, overcoming the current concept of support and paving the way for future developments: it will be possible to use the same process for objects in real scale.

La tesi è stata sviluppata nel contesto del progetto europeo “FiberEUse. Large scale demonstration of the techno-economical benefits of new circular economy value-chains based on the reuse of end-of-life fiber reinforced composites” e parte dall’intento di risolvere il problema dello smaltimento di componenti in vetro-resina dismessi. I materiali compositi infatti, in quanto termoindurenti, non possono essere risciolti per essere riformati: l’unica alternativa alla discarica è il riciclo meccanico e la reintegrazione della polvere ottenuta in una seconda applicazione, possibilmente a lunga durata. In altre parole, lo scopo è quello di allungare il ciclo di vita di questi materiali trovandogli un secondo utilizzo. Il mezzo che viene proposto è quello della re-manifattura additiva, ed in particolare modo del processo LDM (“Liquid Deposition Modeling”). Il lavoro sperimentale ha quindi l’obiettivo di dimostrare le potenzialità di questo processo modulato in base alle necessità e caratteristiche del materiale studiato. La tesi si sviluppa attorno a due principali tematiche: lo studio del comportamento materico e l’analisi delle possibili applicazioni che si possono ottenere da esso. La prima ha portato a comprendere come generare la composizione adeguata per la stampa 3D del materiale, oltre che a conoscerne le proprietà meccaniche e fisiche. La seconda propone delle applicazioni che ne sfruttino le caratteristiche scoperte. Inoltre si cerca di riuscire a “stampare nell’aria”. Nella stampa FDM, quando le parti di un pezzo hanno bisogno di un appoggio per evitare il collasso, si rivelano necessari i supporti. Con il processo LDM e con l’utilizzo di materiali fotocurabili è possibile performare stampe self-standing modulando lo stimolo luminoso. Se infatti si è in grado di indurire il materiale appena estruso, si possono realizzare stampe on air direttamente in loco. I risultati ottenuti in questa tesi hanno voluto validare questo processo, svellendo il concetto attuale del supporto e aprendo la strada a futuri sviluppi: sarà possibile adoperare lo stesso procedimento per oggetti in scala reale.