Βελτίωση της διαδικασίας και του συστήματος μετατροπής μπουκαλιών PET σε υλικό τροφοδοσίας 3Δ εκτύπωσης για εκτυπωτές τεχνολογίας εξώθησης και εναπόθεσης υλικού (FDM)

Abstract

Στις μέρες μας η διαχείριση των πλαστικών αποβλήτων εξακολουθεί να μην είναι αποτελεσματική και τα περισσότερα πλαστικά και πιο συγκεκριμένα τα περισσότερα πλαστικά μπουκάλια δεν ανακυκλώνονται. Η Διπλωματική Εργασία έχει στόχο την βελτίωση από την παρούσα κατάσταση της διαδικασίας και του συστήματος μετατροπής πλαστικών μπουκαλιών PET σε νήμα υλικού τροφοδοσίας για 3Δ εκτυπωτές τεχνολογίας FDM. Πιο συγκεκριμένα ο στόχος είναι να επινοηθούν βελτιώσεις που να γλιτώνουν στον χρήστη χρόνο και κόπο. Το βασικό μέσο επίτευξης αυτού του στόχου είναι η πρόταση ενός τρόπου ένωσης των λωρίδων που προκύπτουν από την κοπή των φιαλών ώστε το σύστημα μετατροπής να προετοιμάζεται και να ενεργοποιείται μια φορά απο τον χρήστη και να έχει ως αποτέλεσμα ένα νήμα μεγάλου συνεχούς μήκους έτοιμο για εκτεταμένη εκτύπωση. Για να γίνει πραγματικότητα αυτή η βελτίωση αλλά και άλλες μικρότερες βελτιώσεις στο σύστημα και στην διαδικασία μετατροπής, έγινε εκτενής έρευνα πάνω στην τρέχουσα κατάσταση της ανακύκλωσης-μετατροπής φιαλών PET σε νήμα καθώς και στην συμβατική ανακύκλωση PET, την φύση του υλικού και την βιομηχανική παραγωγή νημάτων υλικού για 3Δ εκτύπωση. Στην συνέχεια σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ένα δοκιμαστικό πρωτότυπο σύστημα μετατροπής. Αυτό αποτελείται από κομμάτια που σχεδιάστηκαν στο παραμετρικό πρόγραμμα σχεδίασης Creo και εκτυπώθηκαν από 3Δ εκτυπωτές με υλικό PLA, εξαρτήματα 3Δ εκτυπωτών και διάφορα εξαρτήματα και εργαλεία που μπορούν να βρεθούν σε κάθε εργαστήριο. Αφού κατασκευάστηκε το δοκιμαστικό πρωτότυπο ήταν εφικτό να γίνουν πειράματα για την ένωση των λωρίδων. Παράλληλα έγινε παρατήρηση της διαδικασίας και του συστήματος μετατροπής μέσα από την χρήση του για την ανάδειξη προβληματικών σημείων στην διαδικασία και το σύστημα ώστε να σχεδιαστούν οι απαραίτητες περαιτέρω βελτιώσεις. Στο πειραματικό στάδιο δοκιμάστηκαν πολλές τεχνικές ένωσης λωρίδων σε λωρίδες από μπουκάλια αναψυκτικών και νερού που είναι πιο λεπτά. Μια απο αυτές τις τεχνικές είχε επιτυχή αποτελέσματα σε λωρίδες από φιάλες νερού στο να περνάει από το σύστημα μετατροπής χωρίς να σπάει η ένωση. Όταν η τεχνική ένωσης εξελίχθηκε φάνηκε ότι αν εκτελεστεί σωστά τότε η ένωση περνάει πάντα με επιτυχία και από το σύστημα μετατροπής. Το νήμα με της ενώσεις που προκύπτει μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συγκεκριμένο τύπο εκτυπωτή, δηλαδή εκτυπωτή που διαθέτει dual gear extruder, που είναι και η νέα τάση στους καινούργιους εκτυπωτές. Μετά από τα πειράματα σχεδιάστηκαν ακόμα μερικές βελτιώσεις για την διευκόλυνση των διεργασιών της μετατροπής μέσω τροποποιήσεων στο σύστημα μετατροπής. Τέλος γίνεται αναφορά περιοχών της εργασίας που θα μπορούσαν να βελτιωθούν ή να προστεθεί έργο ενώ γίνονται συστάσεις για μελλοντικές μελέτες και βγαίνουν συμπεράσματα για την σημασία των αποτελεσμάτων της ΔΕ τόσο για το κίνημα των makers όσο και για την προστασία του περιβάλλοντος.

Nowadays the management of plastic waste is still not effective and most plastics and more specifically most plastic bottles are not recycled. The Diploma Thesis aims to improve on the current state of the PET plastic bottle conversion process and system to filament feed material for FDM technology 3D printers. More specifically, the goal is to devise improvements that save the user time and effort. The key means of achieving this goal is to propose a way of joining the strips which result from the cutting of the bottles so that the conversion system is prepared and activated once by the user and results in a long continuous filament with proper length ready for extended printing. To make this improvement a reality and in addition other minor improvements to the conversion system and process, an extensive research took place on the current status of recycling-converting PET bottles into 3d printing filament as well as conventional PET recycling, the nature of the material and the industrial production of filaments for 3D printing. A prototype conversion system was then designed and built for the realization of the experiments that needed to be done. This prototype consists of pieces that were designed in the parametric computer aided design program Creo and printed by 3D printers with PLA filament, 3D printer parts, and various parts and tools that can to be found in every laboratory. After the test prototype was built it was feasible to conduct experiments on joining the strips. At the same time, observations were made about the conversion process and the system through its use for the purpose of highlighting problematic points in the process and the system in order to design some desirable further improvements. In the experimental stage, several strip joining techniques were tried With both strips of soft drink bottles and water bottles which are thinner. One of these techniques had successful results but only with strips of water bottles. Only then the joined strips could go through the conversion system without breaking the joining. As the joining technique evolved it became apparent that if executed correctly then the join always passes successfully through the conversion system without failure. The resulting filament can be used in a specific type of printer, that is a printer that has a dual gear extruder, which is also the new trend among new budget printers. After the experiments some further improvements were designed and implemented for facilitating the conversion processes, through modifications to the conversion system. Finally, areas of the thesis that could be improved or have room for development are mentioned while recommendations are made for future studies, conclusions are drawn for the importance of the results of the thesis for both the maker culture and for the protection of the environment.