Évolution mise à jour du projet Replay pour SEIDOR clôture Projet

L'Agence Galicienne de l'Innovation (GAIN) a financé le projet REPLAY dans le cadre de RIS3 Galicia (Programme Conecta Hubs) et cofinancé par le Fonds Européen de Développement Régional (Feder) dans le cadre du programme opérationnel Feder Galicia 2014-2020.

Le projet "REPLAY" : REcycling of PoLyamides for Additive manufacturing (Recyclage de polyamides pour la fabrication additive), est une proposition dont l'objectif principal est de générer la première solution intégrale de recyclage de polyamides provenant de divers secteurs industriels, en leur donnant une utilisation à valeur ajoutée telle que la fabrication additive, en s'appuyant sur de nouvelles formulations de matériaux et sur des processus de fabrication avancés optimisés grâce à l'utilisation des TIC qui faciliteront leur déploiement. Le projet inclut des outils d'impression 3D automatisés capables d'utiliser des matières premières recyclées pour générer de nouveaux produits.

À cette fin, un prototype de système de recyclage a été développé, permettant d'utiliser les déchets provenant des processus de UTINGAL (sacs sous vide en nylon) pour obtenir des composés de polyamide destinés à la fabrication de nouvelles pièces personnalisées pour le secteur aéronautique.

Dans ce projet, 5 entreprises complémentaires (UTINGAL, MOVERATUS, ENSO, ECOPLAS, MSS SEIDOR) ont participé et ont été capables de résoudre les défis technologiques dans les trois grands domaines qui conditionnent le projet : chimie, mécanique et automatisation-contrôle. Tout cela soutenu par deux centres de référence tels que CETIM et UVIGO qui ont apporté connaissances et support aux participants tout au long de la vie du projet. Grâce à son expérience en ingénierie de développement, UTINGAL a coordonné REPLAY dans le but de générer un processus industriel intégral de recyclage continu de polyamides qui puisse être exporté de manière simple et accessible à toute industrie plastique.

UTINGAL est une entreprise spécialisée dans la fourniture de solutions intégrales pour les secteurs aéronautique, automobile, défense et services. Avec plus de 20 ans d'expérience, ils offrent une gamme complète de services

Le projet a été divisé en quatre activités qui se sont déroulées sur trois années :

• Activité A1 - Analyse des déchets et méthodes de traitement les plus appropriées en fonction de leur composition. bilan global des émissions et potentiel de numérisation. Les objectifs de cette activité étaient de réaliser la caractérisation des matériaux de départ à réutiliser, d'étudier les processus de production les plus appropriés applicables au matériau réutilisable, ainsi que d'identifier les formules d'additivation possibles et de déterminer le potentiel de réduction de l'empreinte carbone globale.
• Activité A2 - Conception de processus et méthodologies de recyclage de matériaux plastiques utilisés dans l'industrie aéronautique basés sur l'économie circulaire. Les objectifs de cette activité étaient la mise en place d'un système de revalorisation des sacs en polyamide pour l'obtention de plusieurs produits à partir de multiples formulations polymériques, et la validation d'au moins plusieurs formulations optimisées basées sur du polyamide recyclé pour la production de granulés destinés à des essais de concept pour l'impression 3D et l'obtention de filets destinés à l'emballage.
• Activité A3 - Conception, fabrication et développement de la régulation du système de fabrication additive (impression 3D). L'objectif de cette activité était centré sur la construction d'un prototype de cellule d'impression 3D, le développement d'un logiciel de gestion intégrale pour l'impression et la réalisation des premiers tests d'impression avec le polyamide recyclé.
• Activité A4 - Validation du système de fabrication additive (impression 3D). L'objectif de la dernière activité était de vérifier de manière pratique le bon fonctionnement du prototype à travers divers cas d'application

Au cours de la première année, les matériaux de départ et les processus de production les plus appropriés ont été caractérisés. Des études FTIR, des analyses thermiques par DSC et TGA, des analyses de l'indice de fluidité et des analyses morphologiques de chaque échantillon ont été réalisées pour déterminer leur composition, leur degré de pureté et leur recyclabilité. Une veille technologique a également été effectuée sur les prétraitements, les systèmes de lavage et de séchage des déchets plastiques issus de l'industrie aéronautique, ainsi que sur les processus d'extrusion des plastiques recyclés, les additifs et les agents compatibilisants destinés au polyamide. Pour vérifier la fiabilité du projet, une analyse de l'empreinte carbone et du cycle de vie des sacs en polyamide utilisés dans l'industrie aéronautique a été réalisée, permettant de connaître les effets de ces processus sur l'environnement séparément et de déterminer les meilleures voies d'action pour les éviter ou les réduire.

Au cours de la deuxième année, différentes méthodologies de conditionnement des déchets de polyamides ont été étudiées, ainsi que leur caractérisation ultérieure pour déterminer les conditions optimales de traitement (débits d'entrée, séparation optique, broyage, processus de lavage, séchage mécanique et thermique avant le processus d'extraction). Pour élaborer les différentes formulations par des processus de compoundage, diverses formulations de polyamide 6 commercial et à des fins d'impression 3D (NANOVIA3 et PA recyclé) ont été réalisées. Les différentes formulations ont été utilisées pour connaître et comparer les propriétés mécaniques et thermiques de chaque matériau obtenu, déterminant ainsi leur optimal. Pour cela, leurs propriétés thermiques (par TGA) et mécaniques (traction et flexion) ont été caractérisées. Des analyses ont également été effectuées pour connaître la structure du matériau injecté, analysée par SEM (en surface et en fracture). Enfin, la détermination de leur indice de fluidité a été réalisée.

Au cours des derniers mois de cette année, les paramètres clés affectant l'impression du PA6 (vitesse d'impression, flux, température, etc.) ont été évalués et différents tests d'impression ont été réalisés en modifiant ces réglages. En conclusion de l'activité réalisée, il est souligné que la température du lit et la vitesse d'impression sont cruciales pour obtenir un bon matériau. Enfin, la validation techno-économique de la formulation optimale de polyamide développée a été réalisée, qui est composée de 20% de PA6 commercial, 75% de PA résiduel et 5% de SCONA® TPPE 1102 PALL, en la comparant avec le polyamide commercial d'impression. Les tests TGA ont révélé que ce matériau présente des propriétés thermiques très similaires à celles du polyamide 6 commercial, en plus de présenter des propriétés adéquates pour la fabrication additive de pièces 3D, ce qui rend cette composition viable d'un point de vue technique.

Au cours de la troisième et dernière année, la construction d'un prototype de cellule d'impression 3D a été réalisée, le développement d'un logiciel de gestion intégrale pour l'impression et les premiers tests d'impression avec du polyamide recyclé ont été effectués. Les éléments qui composent la cellule d'impression sont un robot Kuka, un corps extrudeur, des chauffages par radiation et d'autres éléments tels que l'enceinte de sécurité, la table chauffante, le système de vide de la table, le système d'alimentation par vide, le tableau électrique et le logiciel de communication.

On a réalisé l'interconnexion entre le bras robotique, l'ordinateur et le smartPAD pour son contrôle, de telle sorte qu'on peut lui donner l'ordre d'extrusion du matériau. On a également pu réaliser des calibrations et des vérifications entre les ordres et le mouvement réel du bras. Dans la même ligne, un panneau SIMATIC HMI a été installé et programmé, une interface entre le processus et les opérateurs qui permet de visualiser différents paramètres du système et d'introduire des valeurs individuelles pour des impressions 3D non automatisées. Pour la gestion des pièces imprimées, l'intégration du logiciel de contrôle pour l'impression 3D a été réalisée, en ajoutant toutes les fonctions dans un environnement unique, facile à manipuler et contenant toutes les informations.

Ensuite, différentes tests d'extrusion ont été réalisés avec du matériau recyclé et appliqués aux sacs en polyamide de UTINGAL. Une série de tâches ont été effectuées pour étudier le comportement de la réutilisation de différents matériaux thermoplastiques, en tenant compte d'aspects importants tels que le processus de dégradation que subissent ces matériaux pendant leur synthèse, leur traitement, leur utilisation et leur retraitement par impression 3D.

Enfin, la construction de l'installation a été validée, la formulation optimale du composé de polyamide a été réalisée et des tests d'impression ont été développés dans le but d'optimiser les paramètres et d'obtenir des pièces imprimées avec le polyamide recyclé. Ainsi, à la fin du projet, un prototype de solution TRL 7 a été obtenu : "Démonstration du prototype du système dans un environnement opérationnel" dans les installations de Tui de UTINGAL.

Au cours de cette phase, il a été estimé qu'avec ce prototype, l'entreprise est capable de recycler 3.600 [kg] de sacs en polyamide par an, évitant ainsi les émissions de 39.708 [kg] de CO2 équivalent. De plus, l'application de ce système de valorisation des déchets permettra à UTINGAL d'économiser 219.510 euros par an (87%) en imprimant ses propres pièces, car le coût total des pièces imprimées avec ce matériau est estimé à 32.490 euros, tandis que l'acquisition de ces mêmes pièces en utilisant de l'acier (et fabriquées par des méthodes conventionnelles) coûte 252.000 euros.

UTINGAL le 10 mai 2023, avec le reste des participants et les responsables du projet, ont présenté directement les résultats des travaux réalisés tout au long du projet au technicien de GAIN Joaquín García López. Lors de cette visite, une présentation des résultats a été faite du point de vue théorique en montrant les livrables des différentes étapes de développement et une démonstration pratique a également été réalisée dans les installations mêmes de UTINGAL.

Par conséquent, cette initiative du programme Conecta Hubs, financée par GAIN et cofinancée par le Fonds Européen de Développement Régional (Feder) dans le cadre du programme opérationnel Feder Galicia 2014-2020, a permis de générer un outil spécifique pour la réutilisation des déchets plastiques provenant de l'industrie, générant des pièces à haute valeur ajoutée.