Nhựa phế thải thành sản phẩm hữu ích
PGS Nguyễn Huy Tùng, Trung tâm Nghiên cứu vật liệu polymer, Đại học Bách khoa Hà Nội và cộng sự vừa nghiên cứu thành công máy in 3D từ nhựa tái chế mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực còn mới này.
Công nghệ in 3D là phương pháp sản xuất bồi đắp dựa trên thiết kế 3D của sản phẩm. Thiết kế 3D sẽ được chuyển đổi dữ liệu thành dữ liệu điều khiển (Gcode) bằng phần mềm cắt lớp (slicer).
Từ đó, dữ liệu điều khiển sẽ được nạp vào máy in 3D để thực hiện tạo hình sản phẩm với độ chính xác cao và chi tiết dựa theo dữ liệu thiết kế ban đầu. Hiện nay, người dùng có thể lựa chọn nhiều phương pháp in 3D khác nhau như SLA, FDM, SLS, DMLS, LFS.
Theo PGS Nguyễn Huy Tùng, có rất nhiều loại máy in 3D từ các sợi nhựa. Riêng máy in sử dụng nhựa tái chế thì chưa. Trong khi đó, lượng nhựa phế thải hàng năm ở nước ta rất lớn, đang là gánh nặng cho môi trường.
“Từ thực tế này, tôi nghĩ đến việc biến nhựa phế thải thành sản phẩm tiện ích hàng ngày, như một công nghệ tái chế thân thiện, đơn giản. Máy in 3D từ nhựa tái chế có thể tận dụng được nhựa từ các chai, ly nhựa và từ nhựa PET, nhựa PP, phế thải từ vải không dệt làm khẩu trang, túi, khăn giấy… Nguyên liệu này được dùng để tái chế thành các sản phẩm hữu ích”, PGS Nguyễn Huy Tùng nói.
Có ý tưởng là thế, bắt tay vào nghiên cứu không dễ dàng. Trải qua vài chục lần thử nghiệm, làm đi làm lại, sau 2 năm, chiếc máy in 3D từ nhựa phế thải mới hoàn thiện.
Cấu tạo của máy giống các máy in 3D thông thường gồm 3 thành phần chính. Đầu in và hệ thống ép đùn là hệ thống chịu trách nhiệm gia nhiệt và đùn vật liệu in bằng nhựa nhiệt dẻo thông qua vòi phun để tạo thành chi tiết.
Các yếu tố như kích thước vòi phun, tốc độ đùn nhựa sẽ tác động đến độ chính xác cũng như tốc độ in của máy. Bàn in và hệ thống chuyển động trục Z là nơi chứa những sản phẩm được in, đầu in sẽ ép đùn vật liệu lên bàn in.
Trong quá trình in, hệ thống chuyển động trục Z sẽ di chuyển bàn in theo từng bước bằng nhau để tạo ra các lớp cấu thành chi tiết in. Độ chính xác của các động cơ điều khiển hệ thống trục Z sẽ kiểm soát độ phân giải và chất lượng của chi tiết theo trục Z.
Giàn in sẽ trực tiếp điều khiển chuyển động X và Y của đầu in. Nó có trách nhiệm là vẽ từng lớp in 2D theo đúng như thiết kế của chi tiết. Độ chắc chắn của giàn in, chất lượng của động cơ, cảm biến điều khiển cùng với bàn in sẽ quyết định đến độ chính xác của một chi tiết in 3D.
“Khác biệt nhất của máy in 3D nhựa phế thải là có bộ phận nung nóng nhựa và đùn nhựa. Theo đó, nhựa là dạng vật liệu giống như xi măng hay thạch cao và bất cứ thứ gì khác dùng để in 3D.
Để tạo hình nhựa thì trước đó bắt buộc phải đun nóng chảy. Do vậy chỉ cần thay thế bộ phận nung nóng và đùn nhựa là có thể biến chiếc máy in 3D thông thường thành máy in 3D nhựa phế thải”, PGS Tùng nói.
 |
Những sản phẩm từ máy in. |
Có thể tạo ra căn nhà từ nhựa gỗ
Theo số liệu thống kê từ Bộ Tài nguyên và Môi trường, mỗi năm tại Việt Nam có khoảng 1,8 triệu tấn rác thải nhựa thải ra môi trường, 0,28 triệu đến 0,73 triệu tấn trong số đó bị thải ra biển - nhưng chỉ 27% trong số đó được tái chế, tận dụng bởi các cơ sở, doanh nghiệp. Điều đáng nói là việc xử lý và tái chế rác thải nhựa còn nhiều hạn chế khi có đến 90% rác thải nhựa được xử lý theo cách chôn, lấp, đốt và chỉ có 10% còn lại là được tái chế.
Điểm khác biệt nữa của sản phẩm này là có thể in kết hợp nhựa PP với hạt gỗ để tạo nên độ cứng cơ học cao. Qua đó có thể xây dựng các máy in 3D to hơn để in tượng gỗ, bàn ghế, xây nhà từ nhựa gỗ… hoặc có thể lắp vào mọi máy in 3D khác.
Với sản phẩm là nhựa gỗ, nhóm nghiên cứu tin rằng hoàn toàn có thể tạo ra căn nhà vững chắc từ các chi tiết in chính xác bởi có độ cứng cơ học rất cao. Với sự khan hiếm của vật liệu tự nhiên, nhà từ nhựa gỗ có thể là xu hướng chiếm ưu thế trong tương lai.
“Ưu điểm của sản phẩm là có thể in được nhiều loại nhựa tái chế từ khẩu trang, vải không dệt, túi nilon, khăn giấy, các loại vỏ nhựa chai nước suối, nước ngọt, ly cốc… Để biến chúng thành sản phẩm hữu ích, chỉ cần cắt các chai nhựa rồi cho vào bộ phận cấp nhựa tự động là có thể chuẩn bị in”, PGS Nguyễn Huy Tùng cho hay.
Kết quả hoạt động thử nghiệm cho thấy, máy có hiệu suất làm việc cao hơn máy in 3D phổ thông, nguyên liệu nhựa không cần phân loại. Đặc biệt là giá thành vật liệu rất rẻ.
Theo tìm hiểu của nhóm nghiên cứu thì trên thị trường hiện nay, chai nhựa PET chỉ 10.000 đồng/kg , nhựa phế thải PP chỉ 25.000/kg. Nhựa trộn với gỗ thì giá chỉ 13.000 đồng/kg. Quy trình đun nóng và tạo hình nhựa không làm mất đi tính chất hóa học và cơ học của nhựa.
Tuy vậy, sản phẩm vẫn không tránh khỏi những nhược điểm xuất phát từ vật liệu. Đó là cụm đùn nhựa to nên tiêu tốn điện nhiều hơn. Máy không in được các đồ vật có độ chi tiết cao.
Riêng đối với nhựa PP thì khá khó để in do bản chất vật liệu không bám bàn in, chúng dễ dính khuôn khi in lâu. Với các chi tiết rất nhỏ thì máy chưa in đều và đẹp được.
Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ có thể khắc phục các nhược điểm này bằng cách chế tạo ra các chất phụ gia kết dính có độ bám cao hơn. Hiện, sản phẩm đã được nhóm nghiên cứu hoàn thiện.
Nhóm sẵn sàng chuyển nhượng quyền sử dụng, chuyển giao toàn phần... và đối tác kỹ thuật, các tổ chức phi chính phủ vì cộng đồng có nhu cầu hợp tác.
