Evolução atualizada do projeto Replay para SEIDOR fechamento Projeto

A Agência Galega de Inovação (GAIN) financiou o projeto REPLAY dentro do marco RIS3 Galicia (Programa Conecta Hubs) e cofinanciado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (Feder) dentro do programa operativo Feder Galicia 2014-2020.

O projeto "REPLAY": REcycling of PoLyamides for Additive manufacturing (Reciclagem de poliamidas para fabricação aditiva), é uma proposta cujo objetivo principal é gerar a primeira solução integral de reciclagem de poliamidas provenientes de diversos setores industriais, dando-lhes um uso de valor agregado como pode ser a fabricação aditiva, apoiando-se em novas formulações de material e em processos avançados de fabricação otimizados mediante o uso de TICs que facilitarão seu desenvolvimento. No projeto foram incluídas ferramentas de impressão 3D automatizadas capazes de utilizar matéria-prima reciclada para gerar novos produtos.

Para isso, foi desenvolvido um protótipo de sistema de reciclagem que permite utilizar os resíduos provenientes dos processos da UTINGAL (sacos de vácuo de nylon) para a obtenção de compostos de poliamida destinados à fabricação de novas peças personalizadas para o setor aeronáutico.

Neste projeto participaram 5 empresas complementares (UTINGAL, MOVERATUS, ENSO, ECOPLAS, MSS SEIDOR) que foram capazes de resolver os desafios tecnológicos nas três grandes áreas que condicionam o projeto: química, mecânica e de automação-controle. Tudo isso apoiado por dois centros de referência como CETIM e UVIGO que deram conhecimento e suporte aos participantes ao longo de toda a vida do projeto. Através de sua experiência na Engenharia de Desenvolvimento, a UTINGAL coordenou o REPLAY com o objetivo de gerar um processo industrial integral de reciclagem contínua de poliamidas que possa ser exportado de forma simples e acessível a qualquer indústria plástica.

UTINGAL é uma empresa especialista em oferecer soluções integrais para os setores aeronáutico, automotivo, defesa e serviços. Com mais de 20 anos de experiência, proporcionam uma gama completa de serviços

O projeto foi dividido em quatro atividades que foram desenvolvidas ao longo de três anos:

• Atividade A1 - Análise dos resíduos e métodos de processamento mais adequados em função da sua composição. balanço global de emissões e potencial de digitalização. Os objetivos desta atividade foram realizar a caracterização dos materiais de partida a serem reutilizados, estudar os processos produtivos mais adequados aplicáveis ao material reutilizável, assim como identificar possíveis fórmulas de aditivação e determinar o potencial de redução da pegada de carbono global.
• Atividade A2 - Design de processos e metodologias de reciclagem de material plástico utilizado na indústria aeronáutica baseados em economia circular. Os objetivos desta atividade foram a implementação de um sistema de revalorização de sacos de poliamida para a obtenção de vários produtos a partir de múltiplas formulações poliméricas, e a validação de pelo menos várias formulações otimizadas baseadas em poliamida reciclada para a produção de grânulos destinados a testes de conceito para impressão 3D e obtenção de malhas destinadas ao embalamento.
• Atividade A3 - Design, fabricação e desenvolvimento da regulamentação do sistema de fabricação aditiva (impressão 3D). O objetivo desta atividade foi focado na construção de um protótipo de célula de impressão 3D, desenvolvimento de software de gestão integral para a impressão e desenvolvimento dos primeiros testes de impressão com poliamida reciclada.
• Atividade A4 - Validação do sistema de fabricação aditiva (impressão 3D). O objetivo da última atividade foi verificar de forma prática o funcionamento correto do protótipo através de diversos casos de aplicação

Durante a primeira anuidade, foram caracterizados os materiais de partida e os processos produtivos mais adequados. Foram realizados estudos de FTIR, análise térmica por meio de DSC e TGA, análise de índice de fluidez e análise morfológica de cada amostra para determinar sua composição, grau de pureza e reciclabilidade. Também foi realizada a vigilância tecnológica sobre pré-tratamentos, sistemas de lavagem e secagem de resíduos plásticos derivados da indústria aeronáutica, além de processos de extrusão de plásticos reciclados, aditivos e agentes compatibilizantes destinados a poliamida. Para verificar a confiabilidade do projeto, foi realizada uma análise de pegada de carbono e do ciclo de vida das bolsas de poliamida utilizadas na indústria aeronáutica, de forma que foi possível conhecer os efeitos que esses processos têm no meio ambiente separadamente e quais seriam as melhores formas de atuação para evitá-los ou reduzi-los.

Durante a segunda anualidade, foram estudadas as diferentes metodologias de acondicionamento de resíduos de poliamidas, bem como sua posterior caracterização para determinar as condições ótimas de processamento (taxas de entrada, separação óptica, trituração, processo de lavagens, secagem mecânica e térmica antes do processo de extração). Para elaborar as diferentes formulações através de processos de compounding, foram realizadas diversas formulações distintas de poliamida 6 comercial e para fins de impressão 3D (NANOVIA3 e PA reciclada). As diferentes formulações foram utilizadas para conhecer e comparar as propriedades mecânicas e térmicas de cada material obtido, determinando assim seu ótimo. Para isso, foram caracterizadas suas propriedades térmicas (por TGA) e mecânicas (tração e flexão). Também foram realizadas análises para conhecer a estrutura do material injetado, que foi analisado por SEM (na superfície e fratura). Finalmente, foi determinada a sua taxa de fluidez.

Durante os últimos meses deste ano, foram avaliados os parâmetros chave que afetam a impressão do PA6 (velocidade de impressão, fluxo, temperatura, etc.) e foram realizados diferentes testes de impressão mudando esses ajustes. Como conclusões da atividade realizada, destaca-se que a temperatura da cama e a velocidade de impressão são cruciais para obter um bom material. Por fim, foi realizada a validação tecno-econômica da formulação de poliamida ótima desenvolvida, que é composta por 20% de PA6 comercial, 75% de PA residual e 5% de SCONA® TPPE 1102 PALL, comparando-a com a poliamida comercial de impressão. Os ensaios de TGA revelaram que este material apresenta propriedades térmicas muito semelhantes à poliamida 6 comercial, além de exibir propriedades adequadas para a fabricação aditiva de peças 3D, sendo, portanto, viável empregar esta composição do ponto de vista técnico.

Na terceira e última anualidade, foi realizada a construção de um protótipo de célula de impressão 3D, desenvolvimento de software de gestão integral para a impressão e desenvolvimento dos primeiros testes de impressão com a poliamida reciclada. Os elementos que compõem a célula de impressão são um Robô Kuka, um corpo extrusor, aquecedores por radiação e outros elementos como fechamento de segurança, mesa aquecedora, sistema de vácuo da mesa, sistema de alimentação por vácuo, o quadro elétrico e o software de comunicação.

Foi realizada a interconexão entre o braço robótico, o computador e o smartPAD para seu controle, de forma que se pode dar a ordem de extrusão do material. Também foi possível realizar calibrações e verificações entre as ordens e o movimento real do braço. Na mesma linha, foi instalado e programado um painel SIMATIC HMI, uma interface entre o processo e os operadores que permite visualizar diferentes parâmetros do sistema e introduzir valores individuais para impressões 3D não automatizadas. Para a gestão das peças impressas, foi realizada a integração do software de controle para impressão 3D, agregando todas as funções em um único ambiente, fácil de manusear e que contenha todas as informações.

Em seguida, foram realizados diferentes testes de extrusão com material reciclado e aplicados às bolsas de poliamida da UTINGAL. Foi realizada uma série de tarefas focadas no estudo do comportamento da reutilização de diferentes materiais termoplásticos, considerando aspectos importantes como o processo de degradação que esses materiais sofrem durante sua síntese, processamento, uso e reprocessamento por meio da impressão 3D.

Finalmente, foi validada a construção da instalação, a formulação ótima do composto de poliamida e foram desenvolvidos testes de impressão com o objetivo de otimizar os parâmetros e obter peças impressas com a poliamida reciclada. Desta forma, ao final do projeto, obteve-se um protótipo de solução TRL 7: “Demonstração do protótipo do sistema em um ambiente operacional” nas instalações de Tui da UTINGAL.

Durante esta fase, foi possível estimar que, com este protótipo, a empresa é capaz de reciclar 3.600 [kg] de sacos de poliamida por ano, evitando as emissões de 39.708 [kg] de CO2 equivalente. Além disso, a aplicação deste sistema de valorização de resíduos resultará em uma economia anual de 219.510 euros (87%) para a UTINGAL ao imprimir suas próprias peças, já que se estima um custo total de peças impressas com este material de 32.490 euros, enquanto a aquisição dessas mesmas peças utilizando aço (e fabricadas por métodos convencionais) tem um custo de 252.000 euros.

UTINGAL em 10 de maio de 2023, junto com os demais participantes e responsáveis pelo projeto, expuseram de forma direta os resultados dos trabalhos realizados ao longo do projeto ao técnico da GAIN Joaquín García López. Nesta visita foi realizada uma exposição dos resultados do ponto de vista teórico e foram mostrados os entregáveis das diversas etapas de desenvolvimento e também foi realizada uma demonstração prática nas próprias instalações da UTINGAL.

Portanto, esta iniciativa do programa Conecta Hubs, financiada pela GAIN e cofinanciada pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (Feder) dentro do programa operativo Feder Galícia 2014-2020 permitiu gerar uma ferramenta específica para a reutilização de resíduos plásticos provenientes da indústria, gerando peças de alto valor agregado.