Recyklace termoplastů pro potřeby FDM 3D tisku

Recyklace termoplastů pro potřeby FDM 3D tisku Recyclation of thermoplastics for FDM 3D printing

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR THESIS

AUTOR PRÁCE

ONDŘEJ ŽMOLÍK

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2015

Ing. OSKAR ZEMČÍK, Ph.D.

FSI VUT

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

List

4

FSI VUT


List

5

FSI VUT


List

6

ABSTRAKT Práce se zabývá recyklací základních termoplastů určených pro 3D tisk metodou fused deposition modeling. Představení jejich základních vlastností a možnosti jak tyto materiály recyklovat. Dále představuji dostupná recyklační zařízení a jejich technicko-ekonomické zhodnocení při výrobě recyklovaného vlákna. Klíčová slova Recyklace, fused depostion modeling, termoplast, abs, 3D tisk

ABSTRACT The work deals with the recycling of thermoplastics designed for 3D printing method fused deposition modeling. Performance of their basic characteristics and ways to recycle these materials. Then I present the recycling machines and their technical-economic evaluation of the production of recycled filament. Key words Recyclation, fused depostion modeling, thermoplastic, abs, 3D print

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE ŽMOLÍK, Ondřej. Recyklace termoplastů pro potřeby FDM 3D tisku. Brno 2015. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Ústav strojírenské technologie. 39 s. Vedoucí práce Ing. Oskar Zemčík, Ph.D.


FSI VUT

List

7

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Recyklace termoplastů pro potřeby FDM 3D tisku vypracoval samostatně s použitím odborné literatury a pramenů, uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce.

Datum

Žmolík Ondřej

FSI VUT


List

8

PODĚKOVÁNÍ Děkuji tímto Ing. Oskaru Zemčíkovi, PhD. za cenné připomínky a rady při vypracování bakalářské práce.

FSI VUT


List

9

OBSAH ABSTRAKT .......................................................................................................................... 6 PROHLÁŠENÍ....................................................................................................................... 7 PODĚKOVÁNÍ ..................................................................................................................... 8 OBSAH .................................................................................................................................. 9 ÚVOD .................................................................................................................................. 10 1

Technologie FDM ........................................................................................................ 11 1.1

2

Používané materiály .............................................................................................. 12

1.1.1

Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) .......................................................... 13

1.1.2

PLA ................................................................................................................ 16

1.1.1

HDPE ............................................................................................................. 18

1.1.2

Polykarbonát (PC).......................................................................................... 18

1.2

Forma distribuce vláken ........................................................................................ 20

1.3

Recyklovaná vlákna .............................................................................................. 21

1.4

Produkce vlastního vlákna .................................................................................... 21

Problematika Recyklace .............................................................................................. 23 2.1

Recycklace ABS materiálu ................................................................................... 23

2.2

Recyklace PLA materiálu ..................................................................................... 24

2.3

Recyklace HDPE ................................................................................................... 24

2.3.1 2.4 3

4

HDPE Recyklační zařízení. ........................................................................... 24

Recyklace PC ........................................................................................................ 25

Recyklační jednotky .................................................................................................... 26 3.1

Open source recyklační zařízení ........................................................................... 26

3.2

Extrůdery s možností recyklace ............................................................................ 27

Ekonomické zhodnocení .............................................................................................. 30

ZÁVĚR ................................................................................................................................ 33 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ ..................................................................................... 34 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK ......................................................... 39

FSI VUT


List

10

ÚVOD Žijeme v době, kdy většina věcí je tvořena z plastu. Technologie Fused deposition modeling nám otevírá dveře nových možností v produkci plastových předmětů vysoké kvality u nás doma nebo v kanceláři. Za posledních několik let došlo k velkému rozmachu 3D RepRap tiskáren, tedy takových které si můžeme postavit sami doma. Návod na sestavení je jednoduše možné stáhnout zdarma na internetu. V této práci bych se rád zabýval materiály, které můžeme využívat při tisku a poté jejich recyklaci vedoucí ke znovu využití nepotřebných nebo zkažených výtisků. A vytvořením tak součástí nových za co nejnižší cenu. Představení recyklačních zařízení, které poslouží tomuto účelu. A jejich technicko-ekonomické zhodnocení. Porovnání cen, za které, je materiál dostupný v obchodech a na internetu. A za kolik jsme si schopni vlákno sami vyrobit doma.


FSI VUT

List

11

1 TECHNOLOGIE FDM Zmiňovaná technologie Fused Depostition Modeling (FDM) patří do skupiny technologií Rapid Prototyping tedy možnosti výroby dílu, který je plně funkční a mechanickými vlastnostmi se blíží konečnému produktu. Tato technologie má velký potenciál v mnoha odvětvích vědy a průmyslu. FDM 3D tiskárny jsou velmi cenově dostupné oproti jiným možnostem 3D tisku to způsobuje jejich masové komerční využití.1 Technologie FDM je velmi populární a efektivní metodou využívající při svém procesu termoplastů nejčastěji v podobě drátu navinutého na cívce, který je přiváděn do tavící trysky (extrůder), kde se zahřeje na teplotu tání a uloží se na předem přehřáté lože, která se pohybuje jak v horizontální tak i ve vertikální ose. Materiál je nanášen v jednotlivých vrstvách a okamžitě zasychá. Jakmile je obrys hotov, tryska se posune výše a proces se opakuje. Tím vzniká od spodu vzhůru prostorový model. Jak je vidět na obr.1 mnohdy se používá i tzv. podpůrný materiál, který slouží pro vyplnění dutých částí modelu a po vytisknutí je z tělesa odstraněn. V posledních letech došlo k nárůstu 3D tiskáren pro domácí využití jako je např. MakerBot, RepRap (viz obr.2), Fab@Home, Cube atd.1,3,5

Obr. 1 Schematické znázornění FDM technologie.2

FSI VUT


List

12

Obr. 2 Prusa RepRap 3D tiskárna.3

1.1 Používané materiály FDM proces našel uplatnění pro řadu materiálů. Vše od cementu přes jídlo až po lidskou tkáň. Avšak nejpoužívanějším zůstávají termoplastové polymery kvůli jejich dostupnosti a dobrým pevnostním charakteristikám. Mezi nejvíce používané patří akrylonitryl butadien styren (ABS), polylactic acid (PLA), high-density polyetylene (HDPE), polycarbonate (PC). Již od začátku vzniku FDM technologie se počítalo s hlavním využitím materiálu ABS, který se za tu dobu rozrostl o další modifikace vhodné pro charakteristické potřeby uživatelů. Dále materiály celkově vhodné pro FDM technologii čítají více jak 11 druhů.5 Při výběru materiálu dbáme hlavně na stabilitu materiálu a dlouhou životnost. Musíme také zvážit mechanické, chemické, elektrické a teplotní vlastnosti. A další okolnosti spojené se stárnutím materiálu či vystavení venkovnímu prostředí. Avšak předměty vytvořené pomocí FDM technologie vlastnostmi velmi podobné technologii vstřikování plastů, proto je možné odtud čerpat již známé poznatky. Pro výběr nejlepšího materiálu je klíčem porozumění jedinečnosti materiálu v čem se odlišuje od ostatních a čím je lepší.4 Přestože známe mnoho termoplastů pouze pár z nich je v současnosti využíváno pro 3D tisk. Proto, aby mohl být materiál použit pro tisk, musí splňovat tři různá kritéria. Prvním z kritérií je, že materiál musíme být schopni použít jako plnivo do tiskárny tudíž matriál musí byt zpracovatelný tak, abychom z něj mohli vyrobit tenké vlákno, které zavedeme do extrůderu. Za druhé součást po tisku musí splňovat očekávané vizuální požadavky a rozměrovou přesnost včetně mechanických vlastností. Za třetí vlastnosti součásti by měly vyhovovat zamýšlenému využití.4,5 Jednou z vlastností termoplastů je, že po dosažení určité teploty začínají téct. Této vlastnosti využíváme při FDM uv této formě nanášíme materiál do požadovaných tvarů. Po vychladnutí ztuhne zpět do pevného stavu. Tento proces může být několikrát opakován. Právě kvůli této vlastnosti roztavení a znovu zprocesování činí tento materiál vhodný

FSI VUT


List

13

k využití pro tisk. Musíme však lépe porozumět degradaci materiálu a za jakých podmínek může být opětovně recyklován a znovu využit. Touto problematikou se budu zabývat v následujících kapitolách.5,6 1.1.1 Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) ABS jeden z nejpopulárnějších termoplastů je považován za dobře zpracovatelný materiál, který je možno využít při 3D FDM tisku.7 Polymer široce využíván v mnoha odvětvích průmyslu zahrnující automobily, plastové trubky, elektronické sestavy, ochranné helmy (kvůli jeho dobré nárazové absorpci), kuchyňské spotřebiče, hudební nástroje.8 Vyrábí se z něj také Lego kostky (viz. obr. 3), materiál je dostatečně pevný a také bezpečný pro děti na hraní.7Je skvělá volba pro modely, prototypy, předlohy, nástroje nebo koncové produkty. Obecně je to velmi odolný pevný materiál s dobrou odolností vůči teplu. Při tavení je třeba rozehřát trysku na 210-250°C.8 Při tisknutí větších předmětů dochází tepelnému pnutí uvnitř materiálu a může způsobit zkroucení při chladnutí části.7 Je nutností tedy předehřát lůžko a zajistit rovný hladký povrch, na který tiskneme, abychom zabránili zkroucení či popraskání vytisknutého materiálu.8

Obr.3 Kostky Lego.11

U části vyžadující přesně ostré rohy jako třeba u ozubených kol se nikdy nevyhneme malému zaoblení. Přidáním menšího aktivního chlazení v podobě větráku kolem trysky může vést ke zlepšení rohů, na druhou stranu při příliš velké ochlazení může způsobit zhoršení adheze mezi vrstvami nebo dokonce ke vzniku prasklin v hotovém produktu.10 Materiál dále může být velmi snadno obroušen a povrch vyhlazen. ABS je rozpustný v acetonu pomocí kterého, lze efektivně vyhladit povrch při obroušení, zbavíme se tak ostrých hran a přechodů12 obr.4. Vhodný k barvení pomocí akrylových barev. Ulomené části mohou být přilepeny lepidlem vhodným ke spojování ABS částí.8,10


FSI VUT

List

14

Obr.4 Úprava povrchu acetonem.12 Přestože se ABS jeví jako vynikající materiál má i svá nevýhody jednou z nich je, že materiál je produkován z ropy, tudíž je biologicky neodbouratelný což by oproti odbouratelnému PLA mohlo snižovat oblasti využití. Může být však poměrně lehce recyklován. Dalším z komplikací je, že při zpracování vznikají výpary, které mohou být nepříjemné pro více citlivé jedince. Instalace tiskárny v dobře odvětrávané místnosti nebo speciální odsávání výparů může být nezbytností při větším množství zpracovaného ABS. Také vystavení dlouhodobému slunečnímu záření může ovlivnit mechanické vlastnosti vyrobené součásti.10,13 Skladování ABS ve vlhkém prostředí vede k bublinám nebo drobným nečekaným výstřikům při tisku na hrotu trysky. Dále pak nastává snížení vizuální kvality součásti, přesnost tisknutého dílu a šance ucpání trysky. ABS však můžeme snadno vysušit pomocí horkého suchého vzduchu a těmto komplikacím předejít. 10,13 Další varianty materiálu ABS: ABSplus V surovém stavu je materiál identický s ostatními ABS matriály. Podstatný rozdíl však nastane v hotové vytisknuté součásti. Materiál je o více než 40% odolnější oproti běžnému ABS. Ideální materiál pro koncepční modelování, funkční prototypy nebo nářadí. Na obr.5 je řetěz a planetová převodka vyrobená z tohoto materiálu.5,14,15

Obr. 5 Řetěz (vlevo) a planetová převodovka (vpravo).

FSI VUT


List

15

ABS-ESD7 Mezi přednosti tohoto materiálu patří schopnost zabraňovat v tvorbě statické elektřiny, kvůli které je ideální pro aplikování tam, kde statická elektřina může poškodit produkt, snížit výkon nebo způsobit explozi. Další výhodou užitečnou např. v medicíně při výrobě inhalátorů (viz.obr.6) je vlastnost nepřitahovat atomizovanou kapalinu. Tím pádem je celá dávka léku doručena pacientovi, aniž by část byla zachycena na stěnách inhalátoru.5

Obr. 6 Část inhalátoru vyrobená z ABS-ESD7.5

ABS-M30i Zdravotnický, farmaceutický a potravinářský průmysl má přísné regulace týkající se ochrany spotřebitele před nemocemi a chorobami. Tento materiál je podle standardů klasifikován jako bio – kompatibilní. Materiál může být použit ve styku s lidskou pokožkou, jídlem a léky. Nachází uplatnění při výrobě lékařských prototypů (viz. obr.7). ABS-M30i mísí možnost sterilizace a zároveň zachování vysoké pevnosti. Materiál je možno sterilizovat pomocí gama záření.5,16

Obr. 7 Model lebky vytištěn z materiálu ABS-M30i.16

FSI VUT


List

16

ABSi Výhodou je průsvitnost. Přestože má také dobré mechanické vlastnosti má využití spíše ve výrobě světel Rozšířen k výrobě čoček a předmětů jako např. automobilových světlometů.5 1.1.2

PLA

Polylactic acid (PLA) termoplastický polymer získáván z obnovitelných zdrojů jako např. kukuřičný škrob (hlavně v USA), brambory nebo cukrová třtina. Od ostatních plastů se liší tím, že je ho možné bio degradovat a přeměnit na kompost. Není tedy ekologickou zátěží. Další přednost tohoto materiálu je velmi malý sklon k smršťování či kroucení způsobený minimální rozpínavostí při tavení.10,17Kvůli vyššímu koeficientu tření, nutno použít silnější motor s větším krouticím momentem.18 Přírodně průsvitný materiál, běžně dobarvován na požadované barvy a stupně průsvitnosti. Nabízí širokou paletu barev a odstínů. Velmi odolný a více pevnější než ABS. Vytisknuté předměty mají lesklejší vzhled oproti materiálům z ABS (viz obr.8).

Obr.8 Porovnání ABS(vlevo) a PLA (vpravo).19

Při správném chlazení dosahujeme vyšší rychlosti tisku a schopnost nanášet tenčí vrstvy s přesnějšími rohy (viz. obr. 9). Kombinací těchto faktorů s poměrně nízkou deformací činí tenhle termoplast velmi populární pro domácí nebo školní využití.10 PLA se stává křehkým po té, co je ochlazen na pokojovou teplotu, stále je však velmi pevný. Teplota extrudování je nižší oproti ABS někde okolo 160°C-220°C. Lůžko není

FSI VUT


List

17

třeba předehřívat, ale může to být výhodou pro zlepšení kvality tisknutého materiálu (doporučená předehřívací teplota 50 - 60°C). PLA chladne pomaleji, proto se doporučuje instalovat větrák k chlazení extrudovaného materiálu pro zlepšení procesu chladnutí. Nesmíme však materiál přechladit, aby došlo ke správnému spojení jednotlivých vrstev. Při zahřátí emituje slabý zápach palačinek nebo javorového sirupu, nedochází však k žádným výparům proto můžeme tisknout bezpečně doma, bez odsávání.10

Obr. 9 Výtisk z nezabarveného PLA.20

Výrobek z tohoto termoplastu může být bez jakýchkoliv problémů broušen nebo opracován. Nedoporučuje se však strojně brousit. Při tření brusného papíru brusky se může materiál zahřát na teplotu, kdy dojde k změknutí. 21 K nabarvení můžeme použít akrylové barvy, doporučeno použít základní nátěr. Slepování PLA není tak lehké jako slepování ABS. Dobré výsledky dostaneme při použití kyanoakrylátových lepidel. Nevýhodou je nutnost použití ochranných pomůcek, extrémní lepivost a rychlé tvrdnutí.10 Je to velmi častá volba pro mnoho 3D komunit díky jeho nízké toxicitě a lepšímu dopadu na životní prostředí, než ostatní materiály jejichž základem je ropa. Populární materiál ke stavbě Mendel RepRap tiskáren. Kvůli jeho dobrým mechanickým vlastnostem a dobré dostupnosti na trhu.18 Hlavní nevýhodou pro některá užití může být nižší odolnost vůči teplotám. PLA začne měnit své vlastnosti při teplotě okolo 50°C. Ponecháme-li výrobek celý den na slunci např. v automobilu, dochází k radikální změně mechanických vlastností a může dojít k deformaci. Na druhou stranu to může být výhodou při snaze materiál opravit, ohnout či svařit.22 PLA se využívá v lékařství při sešívání tržných ran nebo také jako materiál implantátů vzhledem k jeho odbouratelnosti na kyselinu mléčnou, kterou tělo vstřebá. Chirurgické implantáty jako šrouby, kolíky nebo síťky tělo samo vstřebá během do 6-24 měsíců.23


FSI VUT

List

18

1.1.1 HDPE High density polyetylene (HDPE) má vynikající mechanické vlastnosti. Je to velmi odolný, levný termoplast snadno dostupný na trhu. Velkou nevýhodou tohoto materiálu je že se lepí, pouze k sobě samému nebo jiným PE/PP. Teplota tání je 160-250°C. Nevýhodou je poměrně velké smrštění při chladnutí zhruba 1,5 – 3 %. Vyrábí se zněj obaly na čisticí prostředky, obaly na kosmetiku, automobilové díly apod.24,25 Netvoří nebezpečné emise ani není toxicky nebezpečné pro své okolí.26,28 Zajímavé užití nachází HDPE v kombinace s ABS jelikož oba materiály mohou být extrudovány při teplotě 220-240°C. Bylo by možné sestrojit extrůder, s možnosti mixování dvou různých materiálu v jedné trysce. Tedy spojení vlastností obou materiálů. Poměr těchto dvou plniv by se měnil v určitém poměru v dynamicky v průběhu tisku.27 Použití materiálu HDPE jako materiálu pro tisk se nejeví momentálně jako nejlepší řešení. Myšlenka možnosti recyklace nepotřebného odpadu kolem nás je dobrá, nicméně práce s materiálem kvůli jeho smrštění a jeho přilnavosti je obtížná. Projekt studentů z University ve Washingtonu, kde použili extrudovaný 3D materiál k výrobě lodi z kontejnerů od mléka a vyhráli místní soutěž (viz obr. 10).28

Obr. 10 Výroba lodi z recyklovaného HDPE.28

1.1.2 Polykarbonát (PC) Další z termoplastů je velmi pevný a nárazu odolný, dobře snáší vysoké teploty. Za studena může být namáhán a má tendenci se spíše ohnout a zdeformovat aniž by se porušil, až při

FSI VUT


List

19

velkém námaze může dojít k prodloužení a poté eventuelně k prasknutí. Běžně má denním světle průsvitnou barvu, při tisku však tuhle vlastnost ztrácí. Vytisknutá součást je spíše kouřově šedá. K měknutí dochází při teplotě kolem 150°C a začíná téct zhruba při 300°C.29 Polykarbonát se při tisku deformuje více než ostatní materiály (ABS nebo PLA). Bylo vyzkoušeno několik metod jak zabránit kroucení. Podle dostupných zdrojů nejlepším řešení pro první vrstvu nanést lepidlo na studené sklo a poté desku zahřát na 120-130°C. 29 Kvůli struktuře PC snadno absorbuje vlhkost. Vlhkost může způsobit bubliny a zhoršení kvality tisku, Při skladování materiálu na vzduchu dochází ke zvýšení kouřového efektu. Ke snížení tohoto jevu pomáhá předem vysušit tisknutý materiál. Skladujeme-li materiál ve vlhkém prostředí PC je schopno absorbovat dost vlhka za 24 hodin na to, aby došlo ke znehodnocení, že materiál již není nadále možné použít k tisku. Proto je lepší materiál skladovat ve vzduchotěsném balení.30 Ke srovnání můžete vidět vzorky stejného materiálu. Jeden vzorek byl skladován v sušícím zařízení. Druhý byl skladován doma bez jakékoliv ochrany. Při tisknutí je vidět okamžitě očividný rozdíl. Vysušený vzorek měl průhledný vzhled a hladký povrch zatímco skladovaný vzorek byl bílý s náhodnými bublinami. Srovnáme-li vzorky jeden vedle druhého vidíme rozdíl v průsvitnosti a struktuře povrchu. Zatímco vysušený materiál je průsvitný a pevný. Skladovaný vzorek byl mnohem více křehký a byl snadněji došlo k porušení při působení vnějších sil.31

Obr. 11 Porovnání vysušeného (nahoře) a nevysušeného (dole) polykarbonátu.31

-

PC-ABS

Dochází ke kombinaci polykarbonátu s ABS díky jejich vlastnostem. Kombinací dostaneme materiál se skvělými mechanickými vlastnostmi a teplotní odolností polykarbonátu, včetně jedné z nejvyšších nárazových odolností ze všech materiálů momentálně dostupných pro FDM tisk.5

FSI VUT


List

20

Tab. 1 Přehled základních materiálů používaných pro FDM 3D tisk. Materiál Mez pevnosti v tahu [MPa] Tažnost [%]

ABS 45 30

HDPE 15 15

PLA 58 40

PC 70 100

Teplota skelne transformace [°C] Teplota tání [°C] Teplota trysky [°C] Odbouratelné Produkce z Vyhřívané lůžko

108 210-250 Ne Ropy Ano

-110 135 230 Ne Ropy Ano

65 178 160-220 Ano Přírodních produktů Ano

160 300+ Ne Ropy Ano

1.2 Forma distribuce vláken Vlákna jsou vyráběna standardně ve dvou velikostech, lze je zakoupit buď o tloušťce 1,75mm nebo 3mm ( někdy i 2,85mm). V extrůderu se použivá vlákno o patřičném průměru doporučené výrobcem. Vlákna lze zakoupit navinutá na cívkách různé délky nebo podle hmotnosti. Dalším důležitým kritériem je, aby vlákno bylo po celé své délce stejného průměru a co nejméně se odchylovalo od předepsané tolerance (je-li uvedena). Na vláknu se mohou vyskytovat tzv. „hrudky“ což jsou úseky vlákna, které mají větší než je dovolený průměr a mohou způsobit, že se vlákno v extrůderu zasekne. Nebo naopak „krčky“ jsou úseky s menším než dovoleným průměrem, které způsobují nekontinuální tok materiálu tryskou a může dojít ke snížení kvality tisku.32 Vlákna je možné zakoupit namotaná na cívce (viz. obr.12) nebo volně stočená. Záleží převážně na odběrateli, jakou variantu upřednostňuje. S materiálem namotaným na cívce se snadněji pracuje, lépe se skladuje, snadněji se odvíjí, nehrozí zamotání. Lze zakoupit příslušenství v podobě odvíjecího mechanismu pro upnutí cívky k tiskárně. Nevýhodou je vyšší hmotnost, při nákupu vlákna o hmotnosti 1kg, jednu třetinu váhy balení tvoří samotná cívka. 32

Obr. 12 Cívka s vláknem.33

Volně stočený materiál nenabízí tak snadné odmotání materiálu, nicméně stále plně postačuje a dochází k redukci váhy tedy i poštovného, což oceníme v případě objednávky

FSI VUT


List

21

ze zahraničí. Má-li cívka odnímatelnou stranu, můžeme na něj materiál nasadit a snadno s ním dále pracovat. 1.3 Recyklovaná vlákna Vlákna z čistě recyklovaného materiálu s názvem Refil (viz. obr 14) začala vyrábět Dánská firma. Která tento nápad vyhrála cenu ‚Best Material Development for 3D printing in 2015“. Vlákna jsou vyráběna ze starých automobilových palubních desek a PET lahví. Proces výroby je jednoduchý. Nejprve dojde ke shromáždění palubních desek, panelů dveří (zejména od značek Volvo a Audi) a PET lahví. Ty jsou nadrceny na malé vločky, filtrovány od nečistot roztaveny a extrůderem vytlačeny na vlákna o průměru 1,75 nebo 2,85mm s tolerancí +/- 0,01mm. Nejsou přidávány žádná toxická barviva ani aditiva a materiál i přesto dosahuje vysoké kvality a homogennosti. Vlákna, jsou dostupná v barvách „Dashboard Black“ a „PET Translucent“. V současné době se jedná o jedinou firmu, která nabízí takový materiál s jistotou 90% recyklace materiálu. Cívka je vyrobena z tvrdého papíru a je ji možno taky recyklovat. Vlákna splňuji certifikáty RoHS a REACH, což znamená, že neobsahují žádné životu nebezpečné látky.34,35

Obr.14 Recyklovaná vlákna Refil.34 Tab.2 Přehled cen recyklovaného vlákna značky Refil.34,35 Materiál ABS PET

Cena za kg 900,-Kč 1100,-Kč

1.4 Produkce vlastního vlákna Další možnost výroby vlákna je požadovaný materiál nakoupit ve formě pelet (viz obr. 15), které pomocí nabízených extrůderů přetavíme na vlákno požadovaného průměru. K tomuto účelu slouží extrůdery jako třeba Filastruder39, Strooder, Filabot40 atd. Některé z nich nabízejí i možnost recyklace, těm se v následujících kapitolách budu věnovat více. Jednou z výhod výroby vlastního vlákna je bezpochyby jeho cena, která se odvíjí od ceny pelet, které jsou nesrovnatelně levnější oproti hotovým vláknům. Dále se vše záleží na kvalitě přístroje a to zejména, aby vlákno bylo homogenní, mělo po celé délce stejný průřez s co nejpřesnější tolerancí. Za zmínění stojí výhoda obarvit si výsledné vlákno podle svých

FSI VUT


List

22

potřeb pomocí barvících granulátů, jelikož většina pelet se prodává v bezbarvém stavu. A tedy vytvoření barvy a odstínu podle potřeby odběratele. V České Republice však v současné době není dodavatel pelet. Jediná šance je objednání ze zahraničí.36,37

Obr.15 Pelety bezbarvého PLA.38 Tab.3 Přehled cen materiálů ve formě pelet.41 Materiál ve formě pelet ABS PLA


(Pozn. Ceny ke dni 17.5.2015 při současném kurzu USD) Tab. 4 Přehled cen materiálu ve formě vlákna.42 Materiál ve formě vlákna ABS ø3mm PLA ø3mm



FSI VUT

2

List

23

PROBLEMATIKA RECYKLACE

Technologie Rapid Prototyping přinesla již mnoho poznatků do současného světa, tato technologie však není zcela zelená a má dopad na životní prostředí. Několik firem a komunit se snaží najít řešení v podobě post proces zařízení, které jsou schopny použitý materiál opět přeměnit do původního stavu vhodné pro další tisk, aniž by došlo ke změně mechanických, chemických vlastností.43 2.1 Recycklace ABS materiálu Při procesu zhotovení součásti může dojít k extrémním podmínkám a s tím spojené degradaci materiálu, při němž dochází ke ztrátě některých z požadovaných vlastností. Doporučená teplota při tisku ABS je zhruba někde mezi 220°C – 260°C. Jedna ze studií 43 poukazuje na to, že při teplotě 220°C zůstávají mechanické vlastnosti neměnné celkově ve studii bylo provedeno celkem 5 cyklů. Na druhou stranu je-li materiál zpracováván při teplotě 260°C dochází ke změně plastických vlastností zejména houževnatosti tím tedy snížení mechanické práce potřebné k přetržení testovaných vzorků. Dochází k tomu zejména kvůli štěpení polymerního řetězce. Při snaze znovuobnovit degradované ABS a zvýšit houževnatost materiálu se využívá smíchání se styrene-ethylene/butylene-styrene (SEBS). Při smíchání s nejméně 5% SEBS došlo ke zvýšení nárazové síly zhruba o 75%. Dojde však k nepatrnému snížení meze pevnosti. A s rostoucím množstvím SEBS klesá mez pevnosti.43 V další studii47se zjišťovalo zda výchozí materiál při poměru 20% recyklovaného ABS s 80% čistým ABS dojde ke změně mechanických vlastností pro 60 cyklů recyklace. Výsledky ukázaly, že nedochází k výrazným změnám meze pevnosti a prodloužení při tomto poměru smíchání. Jak je možno vidět na obr.16 a 17. Snížení mechanických vlastností je menší jak 10%, metoda mixování čistého a recyklovaného ABS v poměru 80/20 se tedy jeví jako velmi efektivní. MFI se ze začátku zvedlo pouze zhruba o 2 % pak o 7 % což je z hlediska 60 cyklů dobré a nemělo byt ovlivnit protlačovací síly při samotném tisku.44,45,46,47

Obr. 16 Mez pevnosti opakovaně recyklovaného ABS.47


FSI VUT

List

24

Obr. 17 Tažnost opakovaně recyklovaného ABS.47

2.2 Recyklace PLA materiálu Materiál ačkoliv je vyroben z odbouratelných zdrojů. Není úplně nejvhodnější k recyklaci v domácích podmínkách. Je možné jej rozložit pomocí procesu známému jako depolymerace za speciálních podmínek a ve speciálním prostředí. Po vyčištění je z něj možné opětovně vyrobit PLA termoplast s původními mechanickými vlastnostmi bez jakýchkoliv změn. Co se týče 3D tisku, zatím nejsou žádné studie zabývající se recyklováním tohoto materiálu nám známým postupem tedy nadrcením na drobné kusy a přidáním k novým granulím či opětovným roztavením a vytvořením nového vlákna. Mnoho lidí proto tedy může upřednostnit ABS oproti PLA, nejenom kvůli jeho snadnému recyklování, ale také pro jeho teplotní odolnost.48 2.3 Recyklace HDPE Podle studie49 bylo HDPE recyklováno a poté provedeny testy meze pevnosti a indexu toku materiálu a porovnáno s materiály jako je ABS nebo PLA. Následně extrudováno vlákno, které by dále mělo být testováno při užití v 3D tisku. Vyhodnocením dat bylo zjištěno, že u recyklovaného materiálu nedošlo ke změně pevnosti v tahu ale mírnému snížení MFI. Kolem nás se nachází mnoho zatím nerecyklovaného materiálu. Společnosti jako The Plastic Bank50 pracují na výrobě vlákna z naplavenin na březích oceánu. Proto tyto účely je recyklace a přeměna HDPE na materiál vhodný k tisku velmi podstatná. 2.3.1 HDPE Recyklační zařízení. Studie51 Andrease Bastiana pojednává o konstrukci domácí jednotky na recyklaci nepotřebných nádob a výroby vlákna, které by bylo využito k další kooperaci.

Obr. 18 Schéma výroby proužků.51

Obr.19 Řezání pomocí NiCr drátu.51


FSI VUT

List

25

Díky identifikačnímu symbolu je lehké polymerové láhve roztřídit. Namísto drcení lahví na menší kousky byla zvolena metoda vertikálního rozvinutí stěn láhve (viz. obr. 18) na dlouhé tenké proužky a ty dále použít v tavícím zařízení. Láhev se jednoduše upnula za hrdlo na motorem poháněný unášeč, kde za pomoci žhavého drátu byl oddělen tenký pás materiálu.51 Bylo vyzkoušeno několik metod řezání za pomoci pevného ostří. Avšak u téhle metody docházelo k velkému tření mezi břitem a lahví. Proto byla zvolena metoda řezání a pomoci žhavého drátu, která se osvědčila jako velmi efektivní při oddělování proužků ze strany lahve. Řezným nástrojem je NiCr drát upnutý mezi dva šrouby(viz obr. 19), kterým protéká proud 3,4A.

.

Obr.20 Zavádění proužku.51

Obr. 21 Výsledné vlákno.51

Výsledný proužek materiálu, je dále vpraven to tavícího zařízení (viz. obr. 20), které roztaví příchozí materiál a přetaví ho do podoby kulatého vlákna (viz. obr. 21) které je poté použito v 3D tiskárně. U testovaného segmentu délky 50mm tlačeného 60mm/s byl průměr 3,13mm s odchylkou 0,034mm. Při protlačování větší délky vlákna docházelo ke ztenčování materiálu vlivem gravitace. U vytištěných součástí, docházelo k poměrně velkému smrštění a to i při předehřátém loži. Práce s HDPE je poměrně složitá v budoucnu se bude pracovat na zlepšení kvality tisku.51 2.4

Recyklace PC

Na základě výzkumu university v západní Virginii, která se zabývala recyklací a znovu využitím polykarbonátu, ABS a PC/ABS. Zejména díky tomu, že při výrobě elektroniky a domácích spotřebičů se využívá 70 000 tun těchto polymerů ročně. Bylo vyzkoušeno smíchání čistého PC s recyklovaným. Jako nejlepší poměr, kdy nedochází ke změně viskozity a pevnostních charakteristik vyšel poměr 85:15 čistého PC s recyklovaným. Teplota při výrobě nového vlákna byla 250°C. Materiál po testech vykazoval stejné hodnoty jako 100% čistý polykarbonát.52 Podle další studie53, nepřekročí-li mísící poměr recyklovaného polykarbonátu hranici 20%. Zůstávají vlastnosti materiálu neměnné. Při překročení dochází ke změně jak mechanických tak i optických vlastností.

FSI VUT

3


List

26

RECYKLAČNÍ JEDNOTKY

3.1 Open source recyklační zařízení Mezi jedny z nejpopulárnějších recyklačních jednotek, pro které si můžeme stáhnout návod na internetu k výrobě patří bezpochyby Recyclebot55 (viz. obr. 19) a mnoho dalších je buď ve fázi vývoje nebo testování jako například Extrusion54 (viz. obr. 18). Všechny projekty mají společné, že recyklovaný materiál musí být nejprve nadrcen či nastříhán na menší kusy, poté ze zásobníku protlačován šroubovitým unášečem, kde dochází k roztavení a přes trysku vytlačován ven.

Obr.22 Nákres zařízení Extrusion.54

Obr.23 Recyclebot.55

FSI VUT


List

27

3.2 Extrůdery s možností recyklace Mnoho firem a komunit se zabývá efektivním zpracováním odpadu z 3D tiskáren a možnosti opětovné výroby vlákna z nepotřebných nebo nepovedených výtisků. Vzniklo mnoho projektů financovaných menšími investory nebo vytvořených na půdě universit jako zadání diplomových prací. Popíši zde dle mého názoru tři nejvhodnější přístroje (viz. tab. 5) pro recyklaci termoplastů jako je třeba ABS nebo PLA a dalších polymerů. Některé z přístrojů nabízejí výrobu kvalitního homogenního vlákna s tolerancí dosahující průmyslové kvality. Tab.5 Přehled recyklačních zařízení.56

Cena Drtič Bezpečnostní certifikce Tolerance Rychlost produkce Sestavený Navíjení Příkon

20 150,-Kč V ceně

24 000,-Kč navíc 11 070,-Kč

20 050,-Kč navíc 12 000,-Kč

7500,-Kč Není

Ano +/- 0,02 mm 3m/min Ano V ceně 60W

Ne Ne 0,6m/min Ano Není 500W

Ne Ne 1,8m/min Ano navíc 5700,-Kč Neuvedeno

Ne Ne 0,6m/min Ano 1500,-Kč 50W

Extrůdery dostupné na trhu, které nabízí možnost výroby vlastního vlákna, pracují na podobném principu. Do zásobníku sypeme pelety nového, popřípadě nadrceného recyklovaného materiálu. Odtud je materiál pomocí průtlačníku šroubovitého tvaru pěchován a zahříván v hlavici odkud je přes trysku protlačován ven. Máme na výběr z několika velikostí trysek, které určují výstupní velikost vyrobeného vlákna. K zařízením je možné dokoupit příslušenství v podobě navijáku hotového vlákna nebo drtiče větších plastových částí, aby je bylo možné znovu recyklovat. Filabot nabízí zpracování materiálů jako ABS, PLA,HIPS či PC. Extrusionbot2 k tomu nabízí i zpracování nylonu, HDPE ,LDPE a PET.

FSI VUT


List

28

Obr. 24 Filabot.40

Nejslibnějším extrůderem, který je ve fázi vývoje a na trh by měl by uveden na podzim tohoto roku je bezpochyby ProtoCycler. Funguje opět na stejném principu jako jeho konkurence avšak nabízí několik podstatných vylepšení. Jedním z nich je, že naviják a drtič jsou již součástí sestavy a nemusí být tedy přikupovány. Drtič je poháněn manuálně, podle výrobce zejména kvůli bezpečnosti. Další z výhod je zaručená tolerance výstupního vlákna což žádné jiné zařízení nemá. Tento fakt činí toto zařízení velmi užitečným, při vyšších požadavcích na kvalitu tisknuté součásti.39,57,58

Obr. 25 ProtoCycler.56

Další z extrůderů, který do zmiňovaných zařízení zahrnuji zejména kvůli velmi dobrým referencím od uživatelů a ceně. Není přímo určen od výrobce na recyklaci, ale podle zpětné vazby uživatelů je na ni taky vhodný nese obchodní jméno Filastruder. Je určen na výrobu vlákna z pelet. Nadrtíme-li však recyklovaný materiál na kousky o velikosti 5mm, je možné ho ve Filastruderu použít i na recyklaci. Nadrcení však nutno zajistit na externím stroji, protože Filastruder žadné nenabízí. Možno využít například kancelářské skartovací

FSI VUT


List

29

zařízení. Pořizovací cena je při současném kurzu je 7500,-Kč. Tolerance výstupního vlákna je podle uživatelů u ABS +/- 0,02mm a PLA +- 0,03.39,57,58

Obr.26 Filastruder.39


FSI VUT

4

List

30

EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ

Předchozí kapitoly napovídají, že recyklace termoplastů a jejich znovu využití k potřebám 3D tisku je možná. A firmy se začínají předbíhat, kdo nabídne lepší a kvalitnější produkt. Ať se už jedná o společnosti nabízející hotová recyklovaná vlákna nebo zařízení s jejich pomocí je možné si sám vyrobit vlastní recyklované vlákno. Podle statistik je nejpoužívanějším materiálem pro technologii FDM 3D tisku ABS zejména kvůli svým mechanickým vlastnostem a poměrně dobré teplotní odolnosti. Z provedených studií je doporučeno smíchat 80% čistého ABS s 20% recyklovaného pro zachování všech vlastností Do svých výpočtů zahrnu srovnání výroby recyklovaného vlákna za pomocí zařízení Filastruder a ProtoCycler. Filastruder kvůli jeho levné pořizovací ceně a dobré zpětné vazbě od zákazníků, kteří tento produkt zakoupili. ProtoCycler je očekávanou novinkou pro rok 2015. Budu muset vycházet z údajů poskytnutých výrobcem. Svůj výpočet budu provádět na výrobu jednoho kilogramu vlákna. Náklady na výrobu 1 kg vlákna: (1)

kde:

N [Kč]

-

Celkové náklady,

M [Kč]

-

náklady na materiál,

E [Kč]

-

náklady na energie.

Cena 1kg pelet od společnosti doporučené výrobcem Filastruder je 125Kč/kg. Cena za recyklované množství bude 0,- Kč. Pří výrobě pelet tedy budeme potřebovat 0,2 kg nadrceného recyklovaného materiál a 0,8 kg čistých pelet. Cena materiálu pro výrobu 1kg vlákna (2) kde:

M [Kč]

-

náklady na materiál,

MN [kg]

-

hmotnost nového materiálu,

JN [Kč]

-

cena nového materiál za 1 kg,

MR [kg]

-

hmotnost recyklovaného materiálu,

JR [Kč ]

-

cena recyklovaného materiálu.

Kč

(3)


FSI VUT

List

31

Náklady pro materiál na 1kg vlákna tedy vycházejí na 100,- Kč. Z téhle hodnoty budu dále vycházet při zohledňování energetických nároků daných zařízení. Do nákladů nutno zahrnout energii spotřebovanou při drcení recyklovaných součástí . Pro zařízení Filastruder vycházím z hodnot udaných ve studii59, kdy byl materiál drcen pomocí kancléřského skartovacího zařízení s příkonem 128W. Materiál o hmotnosti 0,2 kg jsme schopni nadrtit na potřebně velké části za 15 min. U zařízení ProtoCycler energii na drcení zanedbáváme z důvodu ručního pohonu drtiče. Doba na výrobu jednoho kilogramu vlákna je uvedena u Filastruderu na 6-12 hodin podle materiálu a ProtoCycleru na 2 hodiny. Při současné průměrné ceně elektrické energie 4,75Kč/kWh.60 Celková energie pro výrobu 1 kg vlákna: (4) kde:

E [kč]

-

celkové cena za energie,

d [Kč]

-

cena za energii potřebnou k drcení materiálu,

e [Kč]

-

za energii spotřebovanou extrůderem.

Výpočet ceny energie spotřebované k výrobě 1 kg vlákna: (5)

kde:

P [W]

-

příkon stroje (drtiče nebo extrůderu),

t [h]

-

doba chodu stroje,

u [Kč]

-

cena energie za 1 kW/h.

Filastruder: Drcení pomocí skartovače: (6) Samotný výkon stroje, spotřeba uvedená výrobcem 50W. (7) Celkové náklady na energie dosadíme do rovnice 4. (8) Celkové náklady na 1kg vlákna pomocí Filastruderu dosadíme do rovnice 1


FSI VUT

List

32

N=100+3,09=103,09 Kč

(9)

Celkové náklady na výroby 1kg vlákna za pomocí kancelářského skartovače a extrůderu Filastruder činí 103,9 Kč ProtoCycler: Náklady za drcení jsou 0,- Kč kvůli manuálně poháněnému zabudovanému Samotný výkon stroje, spotřeba uvedená výrobcem 60W. (10) Celkové náklady na energie dosadíme do rovnice 4. (11) Celkové náklady na 1kg vlákna pomocí ProtoCycleru dosadáme do rovnice 1 (12) Celkové náklady na výroby 1kg vlákna za pomocí extrůderu ProtoCycler jsou 100,57 Kč Tab.6 Přehled cen recyklovaných materiálů. Cena za 1kg vlákna běžně dostaní v obchodech Cena za 1kg předem recyklovaného vlákna Cena za 1kg vlákna pomocí zařížení Filastruder Cena za 1kg vlákna pomocí zařížení ProtoCycler

545 ,-Kč 900,-Kč 103,09,-Kč 100,57,-Kč

Porovnáme-li vypočtené hodnoty z tab.6 s hodnotami v tab. 2 a 4. Vidíme, že námi vyrobené vlákno se pohybuje kolem cca 100 Kč/kg oproti hotovému běžně dostupnému vláknu v obchodě s cenou 545 Kč/kg. Zvláštním případem je recyklované vlákno značky Refil, vyrobené z recyklovaných palubních desek automobilů, které stojí 900 Kč/kg. Úspora oproti materiálu běžně dostupného na internetu nebo v obchodech je cca 450 Kč./kg. Při současných cenách obou zařízení je návratnost pro Filastruder po výrobě 17kg a ProtoCycler kvůli své vyšší pořizovací cenně má návratnost po vyrobení 45kg vlákna. Podstatný rozdíl, je však v rychlosti výroby. Zatímco u Filastruderu přepočteno na hodiny by návratnost trvala 204 hodin nepřetržitého chodu stroje. ProtoCycler zvládne vyrobit 45kg materiálu za míň jak polovinu času cca. 90 hodin. Což pro některé uživatele může být rozhodující faktor.

FSI VUT


List

33

ZÁVĚR Cílem této bakalářské práce je zhodnocení dostupných termoplastů používajících se při 3D tisku metodou FDM a jejich recyklaci s možností dalšího využití pro opětovný tisk. Ve své práci jsem uvedl v současné době jedny z nejrozšířenějších a nejvíc dostupných materiálů na trhu. Mezi nejpoužívanější patří bezpochyby termoplast se zkratkou ABS. Díky svým vlastnostem dostačuje pro většinu potřeb stávajících zákazníků. Je s ním také provedeno nejvíce testů a pokusů o znovu využití nepovedených výtisků. Je prokázáno, pokud materiál při protlačování extrůderem nepřesáhne teplotu 260°C nedochází při 5 cyklech recyklace k výrazným změnám mechanických nebo plastických vlastností. Dojde-li ke snížení a chceme-li obnovit zhoršené vlastnosti. Nejlepší způsob je smíchání nových pelet s recyklovanými v poměru 80:20. Tak dojde k obnovení původních vlastností. V současné době se na trhu vyskytují zařízení určené pro vlastní výrobu vlákna, která nabízejí možnost recyklace. V ekonomickém zhodnocení jsem si vybral 2 zařízení a provedl zhodnocení s výsledkem prokazujícím, že výroba vlastního vlákna je nesrovnatelně levnější a v případě přidání 20% recyklovaného materiálu se cena ještě snižuje. Úspora při výrobě 1 kg vlákna s využitím recyklovaného materiálu je cca 450Kč na 1 kg váhy. Návratnost je tedy při větší spotřebě poměrně rychlá. Jedná se o zařízení s obchodními jmény Filastruder a ProtoCycler. Dále jsem zahrnul do porovnání recyklovaná vlákna, které je možné objednat na internetu. Tato myšlenka zcela jistě najde uplatnění. Zejména při využití vyplaveného odpadu z oceánu. Momentálně i při vysokém obsahu recyklovaného materiálu je uváděno 90%, však nejsou schopni konkurovat s cenou proti vlastní výrobě vlákna z pelet. V budoucnu bude zajisté provedeno více studií. Na další způsoby recyklace a pro další materiály, vylepšení stávajících postupů, aby úroveň recyklace nadále stoupala. Technologie FDM je na vzestupu, co se týče kusové výroby a výroby přesných dílů na míru. Proto je třeba zajistit co nejefektivnější využití materiálu s co nejmenším dopadem na životní prostředí.

FSI VUT


List

34

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 1.

Custompart.net. Fused Deposition Modeling [online]. [cit. 2015-05-28]. Dostupné z: http://www.custompartnet.com/wu/fused-deposition-modeling

2.

F1news.cz. Rychlá výroba prototypů [online]. 2013 [cit. 2015-05-28]. Dostupné z: http://f1news.autoroad.cz/technika/45427-rychla-vyroba-prototypu-klic-kintenzivnim-aerodynamickym-programum-v-f1-video/tisk/

3.

Nextday RepRap. Prusa Mendel [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.nextdayreprap.co.uk/prusa-mendel-kit/

4.

The Difference Between ABS and PLA for 3D Printing: Protaparadigm.com [online]. CHILSON, Luke. 2013 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.protoparadigm.com/news-updates/the-difference-between-abs-and-plafor-3d-printing/

5.

THERMOPLASTICS: THE STRONGEST CHOICE FOR 3D PRINTING: Stratasys.com [online]. FISHER, Fred. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.stratasys.com/resources/~/media/D4B265BF1B624CDD8DD20CFD2B D298C8.pdf

6.

NIKZAD, M., S.H. MASOOD a I. SBARSKI. Thermo-mechanical properties of a highly filled polymeric composites for Fused Deposition Modeling. Materials. 2011, 32(6): 3448-3456. DOI: 10.1016/j.matdes.2011.01.056.

7.

ABS 3D Printing Material. TurboCAD [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.turbocad.com/y3D-Printers/Materials/ABS-materials

8.

What Material Should I Use For 3D Printing? 3dprintforbeginners.com [online]. 2015 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://3dprintingforbeginners.com/filamentprimer-2/

9.

ABS: Reprap.org [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://reprap.org/wiki/ABS

10.

ABS vs PLA: 3D Printing [online]. 2014 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.protoparadigm.com/news-updates/the-difference-between-abs-and-plafor-3d-printing/

11.

ABS plastic: Phantom plastics [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://phantomplastics.com/case-studies/abs-plastic/

12.

LIEVENDAG, Nick. Filament guide: Phantom plastics [online]. 2014 [cit. 201505-29]. Dostupné z: http://nicklievendag.com/filament-guide/

13.


14.

ABS plus: Artcorp.com [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.artcorp.com/pdf/ABSplus.pdf

15.

ABS plus: Stratasys.com [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.stratasys.com/materials/fdm/absplus#content-slider-1

FSI VUT


List

35

16.

ABS-M30i: Stratasys.com [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.stratasys.com/materials/fdm/abs-m30i

17.

Použití materiálu PLA: easycnc.cz [online]. 2012 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.easycnc.cz/inpage/pla/

18.

SEHNÁLEK, Stanistlav. 3D tiskárna na bázi projektu RepRap – 1. část: Posterus.sk [online]. 2013 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.posterus.sk/?p=16065

19.

Pruebas de impresión en ABS y PLA: Reprapacademy.com [online]. 2014 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://reprapacademy.com/blog3d/2014/03/pruebas-deimpresion-en-abs-y-pla/

20.

Pink Panther Woman: Extruder Contamination: Softsolfer.com [online]. 2014 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://softsolder.com/tag/thing-o-matic/

21.

PLA: Reprap.org [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://reprap.org/wiki/PLA

22.

ABS vs PLA: 3D Printing [online]. 2014 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.protoparadigm.com/news-updates/the-difference-between-abs-and-plafor-3d-printing/

23.


24.

HDPE: Reprap.org [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://reprap.org/wiki/HDPE

25.

HAMOD, Haruna. Suitability of recycled HDPE for 3D printing filament [online]. 2014 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/86198/Thesis%20final.pdf?sequenc e=1

26.

What is HDPE?: Perennial Park Products [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://perennialparkproducts.com/the-plastic-advantage/what-is-hdpe.html

27.

ABS HDPE blend: RepRap.org [online]. 2013 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://reprap.org/wiki/ABS_HDPE_blend

28.

3D Printed boad: Engineeringdude.com [online]. 2012 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://engineeringdude.com/2012/07/3d-printed-boat/

29.

Polycarbonate: Reprap.org [online]. 2012 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://reprap.org/wiki/Polycarbonate

30.

PRINTING WITH CLEAR POLYCARBONATE: Hackday.com [online]. BENCHOFF, Brian. 2011 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://hackaday.com/2011/12/30/printing-with-clear-polycarbonate/

31.

Printing Polycarbonate: Protoparadigm.com [online]. CHILSON, Luke. 2011 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.protoparadigm.com/news-updates/printingpolycarbonate/

FSI VUT


List

36

32.

3D Printer Filament Buyer's Guide: Protoparadigm.com [online]. ENGLISH, Alex. 2012 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.protoparadigm.com/newsupdates/3d-printer-filament-buyers-guide/

33.

3D Printer filament: Imgbuddy.com [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://imgbuddy.com/3d-printer-filament.asp

34.

Refil: The Makers of recycled 3D printer filament [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.refil.nl/

35.

A RECYCLED 3D PRINTER FILAMENT THAT MAKES EVERYTHING YOU PRINT FULLY RECYCLED: Plasticsouplab.org [online]. 2015 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.plasticsouplab.org/a-recycled-3d-printer-filament-thatmakes-everything-you-print-fully-recycled/#lightbox[group-1368]/4/

36.

Fenomén dnešní doby v podobě 3D tisku a 3D tiskáren: RepRap 3D tiskárna [online]. 2014 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://mkeshop.cz/info/fenomen-dnesni-doby-v-podobe-3d-tisku-a-3d-tiskaren

37.

3D Printer Filament Buyer's Guide: Protoparadigm.com [online]. ENGLISH, Alex. 2012 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.protoparadigm.com/newsupdates/3d-printer-filament-buyers-guide/

38.

ExtrusionBot announces EB2 3D printer filament extruder, Spooler and Cruncher: www.3ders.org[online]. 2015 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.3ders.org/articles/20150127-extrusionbot-announces-upgrades-3dprinting-filament-maker-spooler-cruncher.html

39.

Filastruder [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.filastruder.com/

40.

Filabor [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.filabot.com/

41.

GP-35 ABS: 3dsupplysource.com/ [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://3dsupplysource.com/materials/raw_material/ABS_material/gp3

42.

Materiály pro 3D tiskárny: Inteo.cz [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.inteo.cz/234-materialy-pro-3d-tiskarny/

43.

PEYDRO, Miguel Angel. STUDY OF THE MECHANICAL PROPERTIES OF RECYCLED ABS AND RECOVERY THROUGHT MIXING WITH SEBS.Http://imtuoradea.ro/ [online]. 2014 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://imtuoradea.ro/auo.fmte/files-2014-v1/Peydro%20Miguel%20Angel%20STUDY%20OF%20THE%20MECHANICAL%20PROPERTIES%20OF%20 RECYCLED%20ABS%20AND%20RECOVERY%20THROUGHT%20MIXING %20WITH%20SEBS.pdf

44.

PEELS, Joris. Recycling 3D printing materials: 4 possible solutions: i.materialise.com [online]. 2011 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://i.materialise.com/blog/entry/recycling-3d-printing-materials-4-possiblesolutions

45.

BREWSTER, Signe. It’s about to get easier to 3D print with recycled plastic: Gigaom.com [online]. 2013 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: https://gigaom.com/2013/10/08/its-about-to-get-easier-to-3d-print-with-recycledplastic/

FSI VUT


List

37

46.

TYMRAK, B.M., M. KREIGER a J.M. PEARCE. Mechanical properties of components fabricated with open-source 3-D printers under realistic environmental conditions. Materials. 2014, 58: 242-246. DOI: 10.1016/j.matdes.2014.02.038. ISSN 02613069. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0261306914001538

47.

FEI, Ng Chin. A Degradation Study of Virgin and Recycled ABS Blends Subjected to Multiple Processing.Academia.edu [online]. 2013 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.academia.edu/5728193/A_Degradation_Study_of_Virgin_and_Recycle d_ABS_Blends_Subjected_to_Multiple_Processing

48.

HIPOLITE, Whitney. 3D Printing With Plastics Derived from Cocoa, Rice, Parsley & Spinach? Researchers May be Close: 3dprint.com [online]. 2014 [cit. 2015-0529]. Dostupné z: http://3dprint.com/12601/3d-printing-biodegradable/

49.

HAMOD, Haruna. Suitability of recycled HDPE for 3D printing filament [online]. 2014 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/86198/Thesis%20final.pdf?sequenc e=1

50.

GRUNEWALD, Scott. The Business of Making 3D Printing Filament from Recycled Ocean Plastic: 3dprintingindustry.com [online]. 2014 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://3dprintingindustry.com/2014/06/03/business-making-3dprinting-filament-recycled-ocean-plastic/

51.

BASTIAN, Andreas. A Device to Recycle Thermoplastics for Applications in 3D Printing.Http://andreasbastian.com/ [online]. 2012 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://andreasbastian.com/bottlebot_report.pdf

52.

LIANG, Ruifeng a Rakesh K. GUPTA. RHEOLOGICAL PROPERTIES OF RECYCLED POLYCARBONATE AND ABS MELTS. Http://www2.cemr.wvu.edu/ [online]. 2000 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www2.cemr.wvu.edu/~rliang/campost.pdf

53.

Effect of Recycling on the Rheological, Mechanical and Optical Properties of Polycarbonate.Http://www.uni-obuda.hu/ [online]. 2013 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.uni-obuda.hu/journal/Ronkay_39.pdf

54.

Precisious Plastic. Http://www.uni-obuda.hu/ [online]. 2015 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.preciousplastic.com/

55. Recyclebot. Reprap.org [online]. [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://reprap.org/wiki/Recyclebot 56.

ProtoCycler. Indiegogo.com [online]. 2015 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: https://www.indiegogo.com/projects/protocycler-free-sustainable-3d-printerfilament#/story57. ProtoCycler. Redtec.com [online]. 2015 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.redetec.com/product/

58.

DODSON, Brian. The Filabot recycles scrap plastic into inexpensive 3D printing filaments.Gizmag.com [online]. 2013 [cit. 2015-05-29]. Dostupné z: http://www.gizmag.com/filabot-plastic-recycling/25848/

FSI VUT


List

38

59.

BAECHLER, Christian, Matthew DEVUONO a Joshua M. PEARCE. Distributed recycling of waste polymer into RepRap feedstock. Rapid Prototyping Journal. 2013, 19(2): 118-125. DOI: 10.1108/13552541311302978. ISSN 1355-2546. Dostupné také z: http://www.emeraldinsight.com/doi/abs/10.1108/13552541311302978

60

Aktuální (průměrná) cena 1 kWh elektřiny: Energie123.cz [online]. 2015 [cit. 201505-29]. Dostupné z: http://www.energie123.cz/elektrina/ceny-elektrickeenergie/cena-1-kwh/

,


FSI VUT

List

SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK Zkratka

Jednotka

Popis

3D

[-]

Tří rozměrný

ABS

[-]

Acrylonitrile butadiene styrene

FDM

[-]

Fused depostion modeling

HDPE

[-]

High-density polyethylen

HiPS

[-]

High impal polysterene

LDPE

[-]

Low-density polyethylen

Např.

[-]

Například

Obr.

[-]

Obrázek

PC

[-]

Polycarbonate

PE

[-]

Polyethylen

PET

[-]

Polyethylen tereftalát

PLA

[-]

Polylatic acid

PP

[-]

Polypropylen

REACH

[-]

RoHS

[-]

Restriction of Hazardous substances

Tab.

[-]

Tabulka

Symbol

Jednotka

Registration, Evaluation and Authorization of Chemical substances

Popis

E

[Kč]

Celkové energetické náklady

JN

[Kč]

Cena 1 kg nového materiálu

JR

[Kč]

Cena 1 kg recyklovaného materiálu

M

[Kč]

Celková cena materiálu

MN

[kg]

Hmotnost nového materiálu

MR

[kg]

Hmotnost recyklovaného

N

[Kč]

Celkové náklady

39


FSI VUT

P

[W]

Příkon

d

[Kč]

Náklady potřebně k drcení materiálu

e

[Kč]

Náklady potřebné k provozu extrůderu

t

[hod]

Doba chodu stroje

u

[Kč]

Průměrná cena elektřiny v ČR za 1 kW/h

List

40

Recyklace termoplastů pro potřeby FDM 3D tisku

Recommend Documents