La valorisation des matériaux polymères par l’impression...

La valorisation des matériaux polymères par l’impression 3D

Nicolas LOGIÉ

Plan de la présentation

• Quelques chiffres • Difficultés

Recyclage des polymères

Impression 3D • Définition • Matériaux & technologies

Application au recyclage des matières plastiques • Imprimabilité d’un polymère • Cas d’étude

Recyclage des polymères

Sources : Plasticseurope

o 25 millions de tonnes de déchets plastique par an en Europe (3,4 millions de tonnes en France en 2016) o 15e rang européen pour la valorisation des déchets plastiques (65,7% :

recyclage + valorisation énergétique) o 25e rang européen pour le recyclage (22,2%)

+ 64 % Recyclage

Valorisation énergétique

- 38 % Décharge

+ 46 %

Quelques chiffres sur les déchets plastiques post-consommation :

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Recyclage des polymères

o 25 millions de tonnes de déchets plastique par an en Europe (3,4 millions de tonnes en France en 2016) o 15e rang européen pour la valorisation des déchets plastiques (65,7% :

recyclage + valorisation énergétique) o 25e rang européen pour le recyclage (22,2%)

Quelques chiffres sur les déchets plastiques post-consommation :

Difficultés concernant le recyclage des polymères :

o Identifier un gisement de qualité o Conserver les propriétés du matériau o Trouver un mode de valorisation

économiquement intéressant

IMPRESSION 3D ?

Sources : Plasticseurope 2

Impression 3D Construire un objet couche par couche à partir d’un fichier numérique

DIGITAL ADDITIF

3

Impression 3D Construire un objet couche par couche à partir d’un fichier numérique

DIGITAL ADDITIF

Secteurs d’application (4,5 $Md en 2014) : o Automobile et transports : 18% o Production et outillage : 18% o Aéronautique et spatial : 12% o Médical : 14%

o Institutions académiques : 6% o Energies : 5% o Défense : 4% o Construction : 4%

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o Accessibilité o Prototypage/petite série o Forte croissance o Design libre/pièces complexes

o Cadence de fabrication o Propriétés finales o Résolution

Avantages/inconvénients concernant les polymères :

Impression 3D

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o Cadence de fabrication o Propriétés finales o Résolution

Avantages/inconvénients concernant les polymères :

Source : sculpteo.com

Impression 3D

Impression 3D Injection

o Accessibilité o Prototypage/petite série o Forte croissance o Design libre/pièces complexes

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o Cadence de fabrication o Propriétés finales o Résolution

Avantages/inconvénients concernant les polymères :

Impression 3D

o Accessibilité o Prototypage/petite série o Forte croissance o Design libre/pièces complexes

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o Cadence de fabrication o Propriétés finales o Résolution

Avantages/inconvénients concernant les polymères :

Impression 3D

o Accessibilité o Prototypage/petite série o Forte croissance o Design libre/pièces complexes

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Matériaux & technologies

Métaux

Polymères

Autres matériaux

(céramiques, minéraux…)

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Matériaux & technologies • 1. Assemblage de couches

Métaux

Polymères

Autres matériaux

(céramiques, minéraux…)

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Matériaux & technologies • 1. Assemblage de couches

Métaux

Polymères

Autres matériaux

(céramiques, minéraux…)

• 2. Projection de liant sur poudre

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Matériaux & technologies • 3. Solidification de poudre

Métaux

Polymères

Autres matériaux

(céramiques, minéraux…)

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Matériaux & technologies

Métaux

Polymères

Autres matériaux

(céramiques, minéraux…)

• 4. Projection de matière dans un flux d’énergie

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Matériaux & technologies • 5. Projection de gouttes de matière

Métaux

Polymères

Autres matériaux

(céramiques, minéraux…)

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Matériaux & technologies • 5. Projection de gouttes de matière

Métaux

Polymères

Autres matériaux

(céramiques, minéraux…)

• 6. Polymérisation de résine (SLA) :

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Matériaux & technologies

Métaux

Polymères

Autres matériaux

(céramiques, minéraux…)

• 7. Fusion de fil par buse chauffante (FDM)

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Matériaux & technologies

Métaux

Polymères

Autres matériaux

(céramiques, minéraux…)

• 7. Fusion de fil par buse chauffante (FDM)

o Technologie accessible (coût, utilisation) basée sur l’extrusion

o Valorisation à haute valeur ajoutée (filament : 30-50€/kg)

o Matériaux diversifiés (nombreux filaments polymères disponibles)

Opportunité pour le recyclage des polymères

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Application au recyclage des matières plastiques

Quelles sont les conditions pour valoriser un déchet plastique par l’impression 3D FDM ?

• Etats des lieux des polymères disponibles pour l’impression 3D FDM • Présentation de l’équipement FDM du CRITT Matériaux Alsace

• Conditions requises pour qu’un polymère soit apte à l’impression 3D FDM • Stratégies mises en place pour rendre un polymère imprimable • Application à un matériau recyclé

?

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Matériaux : Filaments polymères (Ø 1,75 – 2,85 mm, 30-50 €/kg) o Polymères couramment utilisés : ABS et PLA

Facile à imprimer Couleurs, charges (bois, métal, phosphorescent…)

Makershop.com Owa3D.com

Grossiste3D.com

Application au recyclage des matières plastiques

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Matériaux : Filaments polymères (Ø 1,75 – 2,85 mm, 30-50 €/kg) o Polymères couramment utilisés : ABS et PLA

o Polymères techniques : PC, PET, PS, ASA, PMMA, ABS/PC, Nylon, PU (Ninjaflex®)…

Facile à imprimer Couleurs, charges (bois, métal, phosphorescent…)

Makershop.com Owa3D.com

Grossiste3D.com

Application au recyclage des matières plastiques

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Matériaux : Filaments polymères (Ø 1,75 – 2,85 mm, 30-50 €/kg) o Polymères couramment utilisés : ABS et PLA

o Polymères recyclés : • PLA, PS (filaments OWA® de ARMOR 3D printing, valorisation de

cartouches d’encre) • ABS et PET (filaments de REFIL, valorisation de tableaux de bord

et de bouteilles plastiques)

o Polymères techniques : PC, PET, PS, ASA, PMMA, ABS/PC, Nylon, PU (Ninjaflex®)…

Facile à imprimer Couleurs, charges (bois, métal, phosphorescent…)

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Grossiste3D.com

Application au recyclage des matières plastiques

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Spiderbot 3D printer v2.2 :

Equipements du CRITT Matériaux Alsace :

Buse Ø : 0,4-0,8mm

• Température d’impression jusque 360°C • Plateau chauffant jusque 120°C • Enceinte fermée • Dimension des pièces : Ø180mm x 200mm • Hauteur de couche 0,15-0,45mm • Tête d’impression simple ou double

Conditions d’utilisation souples

Test d’une multitude de polymères

Caractéristiques :

Application au recyclage des matières plastiques

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Buse Ø : 0,4-0,8mm

Spiderbot 3D printer v2.2 :

Equipements du CRITT Matériaux Alsace :

Principe de fonctionnement :

Application au recyclage des matières plastiques

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Buse Ø : 0,4-0,8mm

Construction d’une pièce (couche 0,15 mm)

Equipements du CRITT Matériaux Alsace :

Spiderbot 3D printer v2.2 : Principe de fonctionnement :

Application au recyclage des matières plastiques

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Buse Ø : 0,4-0,8mm

Mini extruder Filabot + système de tirage :

Equipements du CRITT Matériaux Alsace :

Spiderbot 3D printer v2.2 :

Application au recyclage des matières plastiques

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Matériaux utilisés :

3 polymères FDM (bobine de filament) : • PMMA 175-TR (Avistron) • PC-Plus (Polymarker) • ABS/PC (Neofil3D)

4 polymères non FDM (granulés) : • PMMA LG IF850 • PC Calibre 301 TC030093 • ABS/PC Bayblend PMR80013 • SAN Kostil B666 2050

Mise en forme de filaments + test d’impression

Application au recyclage des matières plastiques

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250°C 220°C

Matériau : PC FDM

3 critères d’imprimabilité identifiés :

ü Viscosité du polymère :

Application au recyclage des matières plastiques

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250°C 220°C

Matériau : PC FDM

3 critères d’imprimabilité identifiés :

ü Viscosité du polymère :

0

2

4

6

8

10

12

14

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18

20

200 210 220 230 240 250 260 270

MFR

en

g/10

min

(2,1

6 kg

)

Température d'essai (°C)

SAN Kostil B366PC Calibre 301PC FDMABS/PC FDMABS/PC BAYBLENDPMMA FDMPMMA IF850

Mesure de la fluidité (MFR) :

Zone idéal d’impression

Application au recyclage des matières plastiques

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250°C 220°C

Matériau : PC FDM

3 critères d’imprimabilité identifiés :

ü Viscosité du polymère :

ü Taux de gonflement :

Matériaux : PLA FDM, PC Industriel

Application au recyclage des matières plastiques

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250°C 220°C

Matériau : PC FDM

3 critères d’imprimabilité identifiés :

ü Viscosité du polymère :

Application au recyclage des matières plastiques

ü Flexibilité du filament :

PMMA

SAN

ABS/PC

PC

ü Taux de gonflement :

Matériaux : PLA FDM, PC Industriel

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Formulation polymère/additif

ü PMMA/EM520 (90/10)

ü PMMA/PLA (90/10)

Formulation polymère/polymère

Matériau imprimable + Tg contrôlée (60-95°C)

ü PMMA/PLA (0-10-25-50-75-100%)

(PMMA)

ü Solutions concernant la flexibilité du filament :

Filament trop cassant

Application au recyclage des matières plastiques

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ü Cas d’un PMMA recyclé issus de l’industrie automobile

Déchet plastique Mélange polymère/polymère

ü PMMA/PLA (10%)

Filament trop cassant

Application au recyclage des matières plastiques

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ü Cas d’un PMMA recyclé issus de l’industrie automobile

Déchet plastique Mélange polymère/polymère

ü PMMA/PLA (10%)

Filament trop cassant

Application au recyclage des matières plastiques

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Conclusions

Merci pour votre attention Nicolas LOGIE

Ingénieur d’études plasturgie CRITT Matériaux Alsace

Mail: n.logie@critt.fr Tel: +33 (0)3 88 19 15 10

ü L’impression 3D FDM constitue une bonne alternative pour la valorisation des déchets plastiques

ü Des conditions d’imprimabilité ont été identifiées, tous les polymères ne sont pas adaptés à l’impression 3D FDM

ü La formulation par extrusion est une piste intéressante pour rendre un polymère/déchet plastique imprimable