Enhancing 3D printing : investigation on printability of recycled polypropylene from textile waste

The transition to a Circular Economy drives the need to effectively upcycle post-consumer plastic waste into high-value manufacturing streams. This thesis investigates the printability of recycled polypropylene (rPP) derived from end-of-life textile waste using Fused Granular Fabrication (FGF). While FGF enables direct pellet extrusion, thus preventing additional thermo-mechanical degradation, processing rPP remains highly challenging. Polymer chain scission alters melt rheology, and residual impurities act as nucleating agents, inducing premature crystallization and severe macroscopic warping. To define the operational boundaries of rPP/virgin PP blends, this research employed a comprehensive methodology. Morphological, thermal (DSC, TGA), and rheological (TMFI) characterizations were conducted, followed by systematic parametric 3D printing validations. Analyses revealed that rPP exhibits a significantly higher crystallization temperature than the virgin baseline due to inorganic fillers, exacerbating internal thermal stresses. Furthermore, physical feedstock refinement via sieving proved mandatory to eliminate agglomerates and stabilize the volumetric flow. Despite these material constraints, process optimization established a 50% rPP blend as the optimal threshold for complex geometries. By implementing a tailored thermal management strategy, the 50% blend successfully produced a structurally sound 3DBenchy demonstrator with competitive dimensional accuracy. Conversely, the 65% rPP fraction suffered critical first-layer detachment, defining the absolute physical limit under passive thermal management. Ultimately, this work establishes a systematic framework for converting challenging textile waste into reliable feedstocks, advancing the sustainable capabilities of extrusion-based additive manufacturing.

La transizione verso un'Economia Circolare guida la necessità di valorizzare efficacemente i rifiuti plastici post-consumo integrandoli in processi produttivi ad alto valore aggiunto. Questa tesi indaga la stampabilità del polipropilene riciclato (rPP) derivante da scarti tessili a fine vita utilizzando la Fused Granular Fabrication (FGF). Sebbene la FGF consenta l'estrusione diretta del granulo, evitando così un’ulteriore degradazione termo-meccanica, la lavorazione del rPP rimane estremamente complessa. La scissione delle catene polimeriche altera la reologia del fuso e le impurità residue agiscono come agenti nucleanti, inducendo una cristallizzazione prematura e severi imbarcamenti (warping) macroscopici. Per definire i limiti operativi delle miscele rPP/PP vergine, questa ricerca ha adottato una metodologia completa. Sono state condotte caratterizzazioni morfologiche, termiche (DSC, TGA) e reologiche (TMFI), seguite da validazioni parametriche sistematiche in stampa 3D. Le analisi hanno rivelato che il rPP presenta una temperatura di cristallizzazione significativamente superiore rispetto alla base vergine a causa di cariche inorganiche, fattore che esacerba le tensioni termiche interne. Inoltre, la raffinazione fisica del materiale tramite setacciatura si è rivelata obbligatoria per eliminare gli agglomerati e stabilizzare il flusso volumetrico. Nonostante questi limiti dei materiali, l'ottimizzazione di processo ha stabilito la miscela al 50% di rPP come soglia ideale per la realizzazione di geometrie complesse. Implementando una strategia di gestione termica dedicata, la miscela al 50% ha prodotto con successo un dimostratore 3DBenchy strutturalmente solido e con un'accuratezza dimensionale competitiva. Al contrario, la frazione al 65% di rPP ha subito un drastico distacco del primo layer, definendo il limite fisico assoluto in condizioni di gestione termica passiva. In conclusione, questo lavoro fornisce un framework sistematico per convertire scarti tessili complessi in feedstock affidabili, promuovendo le capacità sostenibili della manifattura additiva per estrusione.