Sustainable tooling solution by large format additive manufacturing (LFAM)

The Tool4Life project aims to revolutionize sustainable manufacturing by exploring innovative solutions for recycling thermoplastic polymers and validating direct moulding techniques using these recycled materials. This thesis addresses two primary objectives: investigating the feasibility and performance of recycling polyetherimide (PEI) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and validating the use of direct moulding techniques to produce high-precision, high-quality composite parts from these recycled materials. These objectives align with the increasing need for environmentally sustainable and economically efficient manufacturing practices. The recycling component of the project (WP1) involved a comprehensive evaluation of the mechanical and thermal properties of recycled PEI and ABS. Through tensile tests, differential scanning calorimetry (DSC), and dilatometry, the study demonstrated that recycled thermoplastics retained sufficient mechanical integrity and thermal stability for high-performance applications. While the mechanical properties of recycled compounds were slightly lower than those of virgin materials, they maintained a level of structural integrity suitable for many applications. This indicates that with proper formulation, recycled thermoplastics can meet specific performance requirements, supporting sustainability goals by reducing waste and conserving resources. The direct moulding validation (WP2) involved the use of additive manufacturing techniques to produce moulds with high precision and minimal material waste. The process included designing and printing moulds using PEI and ABS materials, followed by milling, surface preparation, and final lamination of composite parts. The 3D scans of the printed moulds, both before and after the curing process, provided detailed measurements of the mould dimensions and surface deviations. Visual inspections of the final composite parts were performed to assess surface finish and overall quality. The results demonstrated that direct moulding could achieve high accuracy and quality, making it a viable method for producing complex and high-precision parts using both virgin and recycled thermoplastics. The Tool4Life project highlights several key findings. First, recycled thermoplastics can retain essential mechanical and thermal properties, making them viable for reuse in demanding applications. Second, direct moulding techniques using additive manufacturing can produce high-quality, precise moulds and components, offering significant environmental and economic benefits. These findings support the feasibility of integrating sustainable practices into advanced manufacturing processes, contributing to a circular economy where materials are continuously reused and repurposed.

Il progetto Tool4Life mira a rivoluzionare la produzione sostenibile esplorando soluzioni innovative per il riciclo dei polimeri termoplastici e validando le tecniche di stampaggio diretto utilizzando questi materiali riciclati. Questa tesi affronta due obiettivi principali: indagare la fattibilità e le prestazioni del riciclo del polietereimmide (PEI) e dell'acrilonitrile butadiene stirene (ABS), e validare l'uso delle tecniche di stampaggio diretto per produrre parti composite di alta precisione e qualità utilizzando questi materiali riciclati. Questi obiettivi sono in linea con la crescente necessità di pratiche di produzione sostenibili dal punto di vista ambientale ed efficienti dal punto di vista economico. La componente di riciclo del progetto (WP1) ha comportato una valutazione completa delle proprietà meccaniche e termiche del PEI e dell'ABS riciclati. Attraverso prove di trazione, calorimetria a scansione differenziale (DSC) e dilatometria, lo studio ha dimostrato che i termoplastici riciclati mantengono una sufficiente integrità meccanica e stabilità termica per applicazioni ad alte prestazioni. Sebbene le proprietà meccaniche dei composti riciclati fossero leggermente inferiori rispetto a quelle dei materiali vergini, mantengono un livello di integrità strutturale adatto a molte applicazioni. Ciò indica che, con una formulazione adeguata, i termoplastici riciclati possono soddisfare requisiti prestazionali specifici, supportando gli obiettivi di sostenibilità attraverso la riduzione dei rifiuti e la conservazione delle risorse. La validazione dello stampaggio diretto (WP2) ha comportato l'uso di tecniche di produzione additiva per produrre stampi con alta precisione e minimo spreco di materiale. Il processo ha incluso la progettazione e la stampa di stampi utilizzando materiali PEI e ABS, seguiti da fresatura, preparazione della superficie e laminazione finale delle parti composite. Le scansioni 3D degli stampi stampati, sia prima che dopo il processo di polimerizzazione, hanno fornito misurazioni dettagliate delle dimensioni degli stampi e delle deviazioni superficiali. Sono state eseguite ispezioni visive delle parti composite finali per valutare la finitura superficiale e la qualità complessiva. I risultati hanno dimostrato che lo stampaggio diretto può ottenere alta precisione e qualità, rendendolo un metodo valido per la produzione di parti complesse e di alta precisione utilizzando sia termoplastici vergini che riciclati. Il progetto Tool4Life evidenzia diversi risultati chiave. In primo luogo, i termoplastici riciclati possono mantenere essenziali proprietà meccaniche e termiche, rendendoli idonei per il riutilizzo in applicazioni impegnative. In secondo luogo, le tecniche di stampaggio diretto utilizzando la produzione additiva possono produrre stampi e componenti di alta qualità e precisione, offrendo significativi vantaggi ambientali ed economici. Questi risultati supportano la fattibilità di integrare pratiche sostenibili nei processi di produzione avanzati, contribuendo a un'economia circolare in cui i materiali vengono continuamente riutilizzati e riproposti.