Conceptual design of semi automated system for reuse of carbon prepreg offcuts

This thesis presents a novel method for the recycling and reuse of uncured carbon fiber prepreg offcuts through the development of a modular patch-based collection and redeployment system. In traditional composite manufacturing, significant quantities of uncured prepreg are discarded due to geometric inefficiencies in ply cutting. This work proposes a process for harvesting usable material from these offcuts in the form of standardized patches, which are then stored and reassembled into functional recycled laminates. Central to this approach is the design and integration of two critical mechanical subsystems: a vacuum head capable of precise patch extraction and placement, and a collection system that maintains geometric and rotational alignment of each patch throughout the process. The vacuum head features multi-nozzle control and positional accuracy compatible with existing ply cutters, while the collection system employs a vertically translating platform, alignment rods, and a modular storage architecture. Once enough patches have been collected, they are reintroduced into the process using the same infrastructure, enabling automated reconstruction of composite sheets with preserved fiber orientation and stacking order. The resulting closed-loop workflow offers a scalable, low-waste alternative to traditional prepreg disposal, with potential for significant material recovery and improved sustainability in composite fabrication. The system is designed for compatibility with automated manufacturing environments, and emphasizes modularity, traceability, and minimal operator intervention.

Questa tesi presenta un metodo innovativo per il riciclo e il riutilizzo degli scarti di preimpregnato in fibra di carbonio non polimerizzato, attraverso lo sviluppo di un sistema modulare basato su patch per la raccolta e il reimpiego del materiale. Nella produzione tradizionale di materiali compositi, grandi quantità di preimpregnato non polimerizzato vengono scartate a causa di inefficienze geometriche nel taglio dei fogli. Questo lavoro propone un processo per recuperare materiale utilizzabile da questi scarti sotto forma di patch standardizzate, che vengono poi immagazzinate e riassemblate in laminati riciclati funzionali. Elemento centrale di questo approccio è la progettazione e l'integrazione di due sottosistemi meccanici fondamentali: una testa a vuoto in grado di estrarre e posizionare con precisione le patch, e un sistema di raccolta che mantiene l'allineamento geometrico e rotazionale di ciascuna patch durante tutto il processo. La testa a vuoto è dotata di controllo multi-ugello e di un'elevata precisione di posizionamento, compatibile con i tagliatori di fogli esistenti, mentre il sistema di raccolta utilizza una piattaforma a traslazione verticale, aste di allineamento e un'architettura di stoccaggio modulare. Una volta raccolto un numero sufficiente di patch, queste vengono reintegrate nel processo utilizzando la stessa infrastruttura, permettendo la ricostruzione automatizzata di fogli compositi con orientamento delle fibre e ordine di stratificazione conservati. Il flusso di lavoro a ciclo chiuso risultante offre un’alternativa scalabile e a basso impatto ambientale allo smaltimento tradizionale del preimpregnato, con potenziale per un significativo recupero di materiale e un miglioramento della sostenibilità nella produzione di compositi. Il sistema è progettato per essere compatibile con ambienti di produzione automatizzati, e pone l’accento su modularità, tracciabilità e riduzione dell’intervento dell’operatore.