I materiali contenenti fibre di vetro potrebbero trovare una nuova vita nei dispositivi di assistenza ortopedica
L’industria dei polimeri fibrorinforzati affonda le sue radici nello sviluppo, quasi un secolo fa, della fibra di vetro, un composito di fibre di vetro incorporate in una matrice di resina di poliestere. Nel 1958 furono prodotti i primi «baffi» di carbonio ad alte prestazioni, aprendo la strada all’uso di fibre di carbonio ad altissima resistenza nei polimeri rinforzati con fibre di carbonio a basso peso (carbon fibre reinforced polymers, CFRP). I CFRP sono oggi ampiamente utilizzati in quasi tutti i settori industriali, tra cui quello dei trasporti, l’aerospaziale, l’edile, l’elettronico e il biomedico. La loro combinazione di resistenza e peso ridotto ha portato allo sviluppo di trasporti più sostenibili con meno emissionie migliorarne il riciclaggio e il riutilizzo contribuirà a un’economia circolare di questo enorme mercato globale con una grande impronta di carbonio. Il progetto Repair3D, finanziato dall’UE, ha contribuito a rispondere a questa esigenzagrazie a soluzioni nanotecnologiche avanzate e processi di produzione additiva, che consentiranno la produzione di prodotti stampati in 3D ad alto valore aggiunto con caratteristiche avanzate a partire da risorse riciclate, spingendo i confini della produzione sostenibile.
Riciclaggio dei CFRP: sfide e opportunità
I compositi come i CFRP sono difficili da riciclare a causa della struttura e della composizione eterogenee. Gli attuali metodi di riciclaggio ricorrono spesso a sostanze chimiche aggressive che distruggono la resina della matrice e danneggiano le fibre di carbonio nel processo. Se a questo si aggiunge il costo elevato del riciclaggio, l’incentivo economico a farlo è basso. Il mercato dei CFRP offre un potenziale di crescita significativo al di là dei settori convenzionali dei trasporti e dell’edilizia. La riduzione dei costi di utilizzo dei CFRP attraverso un riciclaggio economico e locale, nonché l’integrazione di proprietà di rilevamento intelligente e di auto-riparazione basate sulla nanotecnologia per prolungarne la durata di vita, potrebbero stimolare un’innovazione straordinaria da parte di attori più piccoli come le PMI. Repair3D ha lavorato proprio per affrontare questa sfida.
Caratterizzazione dei filamenti di carbonio CFRP riciclati
Repair3D ha valutato le proprietà e la lavorabilità dei filamenti di carbonio riciclati durante più cicli di riciclaggio. «Nonostante la degradazione termomeccanica che i polimeri subiscono attraverso la fusione e la riestrusione, i filamenti di carbonio riciclati sembrano soddisfare i requisiti della stampa 3D attraverso una serie di processi di riciclaggio; l’aggiunta di un po’ di materiale vergine migliora le proprietà meccaniche e aumenta la viscosità per la stampa», afferma la coordinatrice del progetto Isella Vicini, di Warrant Hub. Inoltre, le valutazioni di tossicità hanno dimostrato che i materiali riciclati sono adatti alle applicazioni mediche.
Applicazioni industriali e dimostratori di prodotto
Dopo essere riusciti a recuperare e stampare in 3D i filamenti di carbonio da CFRP, il gruppo di ricerca si è mosso per progettare un prodotto sostenibile. Il consorzio Repair3D ha applicato i principi della progettazione per la produzione additiva, della progettazione per il riciclaggio e della sicurezza fin dalla progettazione (in particolare per i nanomateriali utilizzati a supporto delle proprietà di rilevamento intelligente e di auto-riparazione). La produzione e il collaudo dei dimostratori hanno impiegato strumenti innovativi prodotti dai partner. «I materiali sviluppati a partire dai CFRP riciclati sono stati caratterizzati meccanicamente, confermando prestazioni adeguate per l’uso in molte applicazioni industriali. Nell’ambito di Repair3D, ad oggi sono stati progettati cinque dimostratori industriali e sono stati prodotti con esito positivo un vaso, dispositivi di assistenza ortopedica personalizzati, il guscio (strato esterno solido) di uno scarpone da sci e parti di automobili», osserva Vicini. Sostenendo la transizione digitale e verde dell’UE, nonché il rilevamento intelligente e l’auto-riparazione, il consorzio ha sviluppato una strategia di Internet delle cose, creando tag di identificazione a radiofrequenza per ogni dimostratore. Repair3D ha fornito nanotecnologie e processi di produzione additiva che consentiranno di recuperare e riutilizzare i CFRP in prodotti innovativi ad alto valore aggiunto con proprietà avanzate di rilevamento intelligente e auto-riparazione. Ciò dovrebbe creare nuove opportunità imprenditoriali, riducendo al contempo i rifiuti da smaltire in discarica e l’impronta di carbonio dei nuovi prodotti in numerose applicazioni.
Parole chiave
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