Duurzame ontwerpoptimalisatie van een zelfbouwpakket van een extruder
Cedric Van den Dwey Studentennummer: 01309194
Promotoren: Ingrid Claus, Frank De Mets
Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master of Science in de industriële wetenschappen: elektromechanica
Academiejaar 2018-2019
Duurzame ontwerpoptimalisatie van een zelfbouwpakket van een extruder
Cedric Van den Dwey Studentennummer: 01309194
Promotoren: Ingrid Claus, Frank De Mets
Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master of Science in de industriële wetenschappen: elektromechanica
Academiejaar 2018-2019
De auteur geeft de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de bepalingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef.
The author gives permission to make this master dissertation available for consultation and to copy parts of this master dissertation for personal use. In all cases of other use, the copyright terms have to be respected, in particular with regard to the obligation to state explicitly the source when quoting results from this master dissertation.
Augustus 2019
I
WOORD VOORAF
Deze masterscriptie werd geschreven in het kader van het behalen van het diploma Industriële Wetenschappen: Elektromechanica aan de Universiteit van Gent. De scriptie is het resultaat van een jaar hard werken dat gepaard ging met enkele ups en downs. Het voltooien van dit werk zou zonder de steun van enkele personen niet gelukt zijn. Deze personen wil ik dan ook graag bedanken.
Allereerst wil ik mijn promotor, mevrouw Ingrid Claus, hartelijk bedanken. In het eerste semester heb ik dankzij haar tijdens het vak Duurzame ingenieurstechnieken een betere kijk gekregen op het begrip duurzaamheid en alles daarrond. Gelijktijdig ben ik in aanraking gekomen met het onderwerp van deze masterscriptie. Gedurende het hele academiejaar maakte ze bijna wekelijks tijd vrij om samen te zitten. Op die momenten kreeg ik vaak nieuwe inzichten mee zodat ik terug op het juiste pad terecht kwam. Hierbij wil ik ook mijn promotor dhr. Frank De Mets bedanken voor de hulp bij het aanpassen van enkele 3D-ontwerpen in NX.
Verder gaat mijn dank ook uit naar prof. ir. Tom Claessens voor het doorsturen van het handige boek in verband met warmteberekeningen en dhr. Willem Van De Steene voor de feedback over een tussentijds ontwerp van een extruder.
Gedurende het tweede semester heb ik een enquête opgesteld en rondgestuurd naar de Vlaamse scholen en vestigingen van het secundair onderwijs. Hierop kreeg ik vaak als antwoord dat de school reeds werd overstelpt met vragen om mee te werken aan wetenschappelijk onderzoek of enquêtes en dat ze daarom niet zou deelnemen aan mijn enquête. Na enige tijd werden uiteindelijk bijna negentig ingevulde enquêtes ingediend. Ik wil daarom alle leerkrachten en bestuursleden van de scholen bedanken die de tijd hebben genomen om de enquête in te vullen. Zonder de verkregen respons was het niet mogelijk om betrouwbare conclusies te trekken uit de resultaten.
Ten slotte wil ik mijn familie, vriendin en vrienden bedanken voor de nodige steun en hulp. In het bijzonder bedank ik mijn ouders voor het nalezen en verbeteren van deze scriptie.
II
ABSTRACT
Duurzame ontwerpoptimalisatie van een zelfbouwpakket van een extruder
In deze scriptie worden de technisch georiënteerde aspecten voor een natuur- en milieu-educatief pakket rond zwerfvuil uitgewerkt. Het doel van dit educatief pakket is leerlingen te sensibiliseren voor circulaire economie en de mogelijkheden van het sluiten van de materiaalcyclus van plastic door hen te laten experimenteren met een extruder. Hiermee wordt ook beoogd om de leerlingen te doen inzien dat hun gedrag en de keuzes die ze maken maatschappelijke en ecologische consequenties hebben. Om tot zo’n duurzaam ontwerp te komen werden eerst de gewichten van alle componenten van een extruder met behulp van het softwarepakket NX bepaald om als input te dienen voor een levenscyclusanalyse met SimaPro. Daarnaast werden zelf nog twee types behuizingen voor deze extruder duurzaam ontworpen waarbij diende voldaan te zijn aan bepaalde veiligheidsnormen. Daarbij werd een vergelijkende studie gemaakt van de productie respectievelijk van de afvalscenario’s van beide behuizingen en werd de opbouw van deze levencyclusanalyses gedocumenteerd met aanvullende milieu-informatie.
Binnen duurzaamheid wordt naast het ecologisch aspect ook gekeken naar het sociaal aspect. Een enquête werd afgenomen bij leerkrachten en bestuursleden van scholen van het secundair onderwijs en specifiek de scholen met aandacht voor STEM (Science Technology Engineering Mathematics) om het draagvlak na te gaan voor het gebruik van een extruder binnen het secundair onderwijs. De voornaamste conclusies zijn dat men bewust is dat er moet gerecycleerd worden en er minder plastic moet gebruikt worden, maar dat men niet altijd goed weet wat een duurzame oplossing is. Twee derde van de respondenten gaf aan dat er budget is om een basiskit voor een extruder aan te schaffen en dat de helft daarvan zelfs meer kan investeren. Als de school reeds over een 3D-printer beschikt, bleken de respondenten de meerwaarde van zo een extruder beter in te zien.
III
Sustainable design optimisation of a do-it-yourself kit of an extruder
Cedric Van den Dwey
Supervisors: Ingrid Claus, Frank De Mets
impact. The computed total weight of the basic kit Abstract: This thesis analyses the components of the Basic Kit corresponds closely to the weight of two kilogram reported by of the Evo extruder from Felfil and computes their ecological Felfil, see Table 1. impact. Further, the thesis contains the design of two types of cases for this extruder and the analysis of their sustainability. Table 1: List of parts of the basic kit Finally, also the social impact is studied by means of a survey Part Material Weight (g) Number conducted with teachers and school directors. Support Steel 470.1 1 Keywords: sustainability, design, extruder, plastic filament Gearmotor Steel 970.0 1 Copper 30.0 1 Insulation Teflon 27.7 1 INTRODUCTION Melting chamber Aluminium 248.5 1 Nozzle Messing 76.0 1 The topic of the present work is building upon those of the Screw Steel K100 135.0 1 master theses by Sam de Sadeleer [1] and Stef Decorte [2]. O-ring Viton rubber 0.3 1 The former dealt with the end-of-life of materials found in Total Basic Kit 1957.6 residual waste in Flanders. The latter continued with an impact analysis of this residual waste part and investigated the technological opportunities to close the cycle of materials. An educational center of the Flemish government to promote awareness about nature and environment plans to use an educational package that is based upon their results. The latter thesis looked in particular for an example to close the cycle of materials. The Evo filament extruder from Felfil was proposed as a do-it-yourself kit. With this extruder it is possible to produce your own plastic filament from recycled plastic to be used as feeding material for a 3D-printer. The aim of the present thesis is to further elaborate the technical aspects of this educational package about waste and litter with sustainability in view. Figure 1: Basic kit of Felfil in NX
I. LITERATURE STUDY Felfil offers supplementary parts such as a hopper and a case to cover the electronic parts as well. They are made from The literature on circular economy is searched for design PETG and their weights are also determined using NX. This strategies that focusses on the sustainability of the design. This information will be used in the design of our two cases in the chapter describes those that are selected from literature on next chapter. basis of their applicability to improve the sustainability of the design of the extruder. The following three are discussed: III. DESIGN OF TWO CASES Design for Disassembly Two types of cases for the extruder are designed, keeping Design for Recyclability the rules for sustainability and safety measures in mind. The Design from Recycling first concept is mainly made of aluminium while the second one is mainly made from wood. II. EXTRUDER BASIC KIT Certain parts and surfaces of the components of the basic kit and of the cases can heat up a lot when the extruder is In this chapter the operation of the basic kit by Felfil (see working. Therefore a heat transfer study has been conducted Figure 1) is analysed and described. Next, the weights of the [3]. A first step is to compute the temperatures that these different components of the extruder are determined on the surfaces can reach in order to compare those to the maximal basis of the density of the materials and by means of the ones allowed by the norm NBN EN ISO 13732-1 [4]. Details software package NX. This information will later be used as about this norm and related safety issues to be taken into input of the program SimaPro to compute the ecological account in the design of the extruder are discussed in the next
chapter. Two types of heat transfer are relevant for this design study namely conduction and convection. For the first case the
IV
maximum temperature at the surface on the outside reaches temperature of the different parts and surfaces for the two 57,1°C. The temperature on the outside of the second case is concepts of cases. The calculations are done under the 56,6°C. Both of these temperatures are allowed by the norm. assumption that there will be no intentional contact with the Furthermore the steel support of the basic kit can hit heated parts. temperatures up to 144,7°C. With this in mind, the case should A second standard NBN EN ISO 13857 [5] determines the protect the users from touching it and should be able to minimal safety distances to dangerous areas that can be withstand this temperature itself. reached by upper or lower limbs and depending on the age of For both concepts the weights of the components are the person. A paragraph is devoted to the verification whether computed with NX. The total weights of the two cases are both concepts satisfy these safety requirements. respectively 545g (case concept 1, Figure 2) and 683g (case concept 2, Figure 3). Adding the weight of 1958g to it for the V. IMPACT ANALYSIS IN SIMAPRO basic kit, the total weight for the two assemblies are obtained. In this chapter the ecological impact of the designs of the Some parts have a more difficult design than others and will two cases are analysed using the program SimaPro. The aim is be more explained in detail, such as the hopper, the feeding to increase the awareness among students for circular zone and its support in the first concept. For the second economy, for the use of materials and the impact of their concept this is the design of the whole wooden infrastructure. actions and choices. How can we make them see that each choice has consequences for the society and the environment? This chapter offers an answer by carrying out a life cycle analysis (LCA) on both designed cases. In particular, their production processes are compared as well as their waste scenario’s. On top, the structure of these analyses are documented with environmental information. For the analyses the assumption is made that secondary schools buy the basic kit for the extruder, however construct the case themselves if possible. Further, the in SimaPro chosen LCA-type is an ‘Internal LCA’. The usage phase is not taken into account because the comparative study is for two completed extruders having the same basic kit, they only differ by the case. Also the usage phase will be ignored because of missing data for energy-input and use of material. Figure 2: Case concept 1 (aluminium) without the basic kit A life cycle analysis is also performed for the basic kit itself to investigate optimisation opportunities in design and use of materials.
During the startup of the project in SimaPro, certain libraries must be chosen. The library “Ecoinvent 3 – allocation, cut-off by classification – system” is chosen because the cut-off by classification system model uses a limited range of products. The product can therefore not always be provided, even if it is scarce. The following three methods will be used to determine the impact of both the basic kit and the two concepts that are compared to each other: 1. ILCD Midpoint+ method (EU27 2010, equal weighting)
2. IPCC 2013 GWP 20a method Figure 3: Case concept 2 (wood) without the basic kit 3. ReCiPe Endpoint (H) method
A last paragraph in this chapter is devoted to the description A. LCA of the Basic Kit of some parts that can easily be bought such as insulation 1) ILCD Midpoint+ method (EU27 2010, equal material for the melting chamber, a cylindrical pin, inserts , weighting) hinges and glue. Which types to select to satisfy the The results of the LCA show that producing the brass nozzle sustainability criteria are discussed. and its zinc and copper waste processing have the greatest total environmental impact together with the aluminium IV. SAFETY MEASURES AND STANDARDS melting chamber. The material with the greatest impact on the The aim is that the extruder will be used for project works at climate (in kg CO2-eq) is the PTFE or teflon insulation. secondary schools where young adolescents will handle the extruder. Therefore some safety measures should be taken into 2) IPCC 2013 GWP 20a method account and strict safety rules should be imposed not only at The total CO2 equivalent of the basic kit is 28 kg with the the stage of use but already at the design stage for the extruder melting chamber as the component that has the greatest and its cases. A first standard is the NBN EN ISO 13732-1 impact. that concerns the contact of human bodies with heated surfaces. This standard will determine the maximum V
3) ReCiPe Endpoint (H) method 3) ReCiPe Endpoint (H) method Figure 4 shows the effect on human health, biodiversity and It is notable in Figure 6 that the first case concept has a total resource scarcity for the basic kit. The processes around brass impact more than twice as large as the second one on all three and aluminium are the most damaging for the human health. endpoints. The casting process of aluminium is by far the most damaging to the biodiversity or the ecosystems as well as it is to the resources. This is due to the data set of the casting process consisting of many sub-processes such as melting of aluminium and alloy entrances.
Figure 6: Recipe (H) endpointscores for both of the cases For all the endpoints, the materials aluminium and PC of the first case are the most damaging. For the second case the material PMMA has also a high impact for all the endpoints. Figure 4: Recipe (H) endpointscores for the basic kit The production of messing and processing of zinc has effect on human health and again messing with the burning of the wood effects the ecosystems the most. B. LCA of both designed case concepts 1) ILCD Midpoint+ method (EU27 2010, equal VI. SURVEY: IN CLASS USE OF EXTRUDER weighting) Up to now the technological and ecological aspects of the The first concept has a total environmental impact that is design of the extruder and its cases are studied and discussed. twice as large as the second one. The high impact is caused by However within the framework of sustainability one should the production of aluminium and the removal of steel with a also pay attention to the social impact. Recall that the focus is drill. In the second case, the production of brass in on the use of the extruder as part of an educational package in combination with the processing thereof has the greatest schools to promote circular economy among adolescents and impact. Looking at the impact on climate change, the to close the cycle of materials for plastics. That is why a production of aluminium and PC are high for case 1. In survey is conducted with teachers and school directors of concept 2 the burning of wood has the biggest impact. secondary schools and in particular schools which offer STEM education to see whether there is interest in incorporating the 2) IPCC 2013 GWP 20a method extruder in the courses at their school. The most important conclusions that came out of this survey can be summarized as follows. The use of an extruder is a possible solution to recycle plastics, but this should not result in an increasing use or purchase of plastics. The majority of the respondents prefer to reduce the use of plastics even when it can be recycled. Two third of the schools that responded has at least one 3D- printer. In comparison with schools that do not have a 3D- printer, the former answered more often that they would use the extruder to transform their plastic waste into feeding material for their 3D-printer. The majority is in favour of using the extruder within the context of project work. The answers to the question about the possible financial gain of the purchase of an extruder for the school led to the conclusion that most respondents are not familiar with the cost of an extruder or a 3D-printer, or with their energy consumption. Despite of this, 27% believes that the purchase and use of the extruder can lead to a financial gain. Surprisingly, more than one third of the respondents mention an investment budget that is higher than the purchase price for Figure 5: IPCC 2013 GWP 20a: Total impact on the climate showed the basic kit of the extruder. by the comparison between the two concepts Additional comments to open questions show that schools make already a lot of efforts to stimulate students and their The first concept has a much greater impact due to the personnel to use reusable or glass bottles, bread boxes and to materials PC and aluminium that are present. In the second recycle waste. However, there is still a lot of indifference case, the PMMA and the necessary electricity to print and towards the consequences of the use of plastic that should be recycle plastics, ensure the high impact. dealt with.
VI
Based on the survey results it is clear that the purchase of an The two case concepts also have further room for extruder has more added value for schools that already have a improvement. Some examples are: 3D-printer and that are willing to invest the required budget 1. Calculating free convection and radiation to get a better for an extruder. On the other hand, when a school disposes of picture of the heat flows. sufficient materials and tools, they can build a complete 2. The Felfil motor becomes warmer than the norm allows extruder themselves as part of project work. after five working hours. A small case could be placed over the motor. VII. CONCLUSIONS 3. The choice of plastics for certain parts can be even This thesis started off with the idea to close the lifecycle or better now the results of the LCA’s are known. The material loop of plastic. In the thesis of Stef Decorte the Evo hopper and footrests of the first concept consist of filament extruder from Felfil was already mentioned as an PETG, but can be printed with nylon that has a higher example to close the cycle of materials. So the aim of the Vicat Softening Point. The hinge in concept 2 contains present thesis was to further elaborate the technical aspects of a stainless steel pin. By adjusting the design of the the existent educational package about waste and litter with connection, simpler hinges can possibly be used. sustainability in view. 4. In addition to meeting the standards, a risk analysis can be performed Starting from three strategies for a sustainable design, the 5. A list with bolts, washers and nuts can be composed. basic kit of Felfil was analysed in NX. Later on two types of cases for the extruder were designed while keeping the rules Further "Precious Plastic" could be contacted to listen to for sustainability and for safety measures in mind. After a heat how they work with plastics. For this thesis no basic kit from transfer study has been conducted based on these standards, Felfil was purchased and no extruder was built up. Building the two concepts could go through some optimisations. one and making measurements yourself belongs to the possibilities. Subsequently, an application can still be worked To meet sustainability, the ecological and social aspect out that maps the data that is already available with regard to needed to be worked with. For the first one the ecological the environmental benefit of litter actions in an interactive impact of the designs of the two cases are analysed using the manner. program SimaPro. The results made clear that the first case concept (aluminium) had more impact on human health, REFERENCES ecosystems and resources as well as a higher mass of CO2 [1] Sam de Sadeleer (2017), Theoretische studie naar end-of-life van equivalent emissions. The LCA of the basic kit showed that materialen binnen de fractie restafval in Vlaanderen, Master thesis 2016-2017, Universiteit Gent. the production and waste processing of the nozzle together [2] Stef Decorte (2018), Onderzoek naar de impact van zwerfvuil en de with the casting of the aluminium melting chamber had the technologische mogelijkheden om de materiaalkringlopen te sluiten, biggest impact in general. Master thesis 2017-2018, Universiteit Gent. [3] Çengel, Y. A. (2009). Introduction to Thermodynamics and Heat Transfer (2nd editio). Mcgraw-Hill Education - Europe. As for the social aspect a survey a survey was sent to [4] NBN EN ISO 13732-1. (2009). Ergonomie van de thermische teachers and school administration of secondary schools in omgeving – Methoden voor het bepalen van menselijke reacties bij het Flanders. It showed that schools already make efforts to aanraken van oppervlakken – Deel 1: Warme oppervlakken (ISO reduce plastics. The purchase of an extruder has more added 13732-1:2006). Brussel: Bureau voor Normalisatie. [5] NBN EN ISO 13857. (2008). Veiligheid van machines – value for schools that have a 3D-printer and that are willing to Veiligheidsafstanden ter voorkoming van het bereiken van gevaarlijke invest the required budget for an extruder. On the other hand, zones door de bovenste en onderste ledematen (ISO 13857:2008). when a school disposes of sufficient materials and tools, they Brussel: Bureau voor Normalisatie. can build a complete extruder themselves as part of project work.
VIII. SUGGESTIONS FOR FURTHER RESEARCH The focus of this thesis was more on comparing the designed concepts than on the basic kit for the extruder. Some dimensions to further assess with the basic kit are: 1. The application of an LCA on the DC gearmotor is still unknown. A small DC motor could be purchased for this to be taken apart. 2. The design of the Felfil hopper. Many pellets are not pushed through the melting chamber because they remain under or next to the screw. In such a warm room, the pellets can stick together and block the passage to the melting chamber. 3. Studying the usage phase of the basic kit. This includes energy consumption, lifetime, etc. Some survey respondents also indicated that this information is unknown.
VII
INHOUDSOPGAVE
WOORD VOORAF ...... II
ABSTRACT ...... III
EXTENDED ABSTRACT ...... IV
INHOUDSOPGAVE ...... VIII
LIJST VAN FIGUREN ...... XI
LIJST VAN TABELLEN ...... XIII
LIJST VAN AFKORTINGEN ...... XIV
INLEIDING ...... XV
1 LITERATUURSTUDIE ...... 1
1.1 DESIGN FOR DISASSEMBLY ...... 1 1.2 DESIGN FOR RECYCLABILITY ...... 2 1.3 DESIGN FROM RECYCLING ...... 3
2 EXTRUDER BASISKIT FELFIL ...... 5
2.1 EXTRUSIE ...... 5 2.2 OPBOUW VAN DE BASISKIT ...... 6 2.2.1 Isolatie ...... 7 2.2.2 Smeltkamer ...... 7 2.2.3 Schroef ...... 8 2.2.4 O-ring ...... 8 2.3 EXTRA GEPRINTE ONDERDELEN ...... 9
3 CONCEPTEN VOOR BEHUIZING ...... 11
3.1 BEREKENINGEN WARMTEOVERDRACHT ...... 11 3.1.1 Concept 1: aluminium kooi ...... 11 3.1.2 Concept 2: houten kooi ...... 13 3.2 CONCEPT 1: ALUMINIUM KOOI ...... 14 3.2.1 Afscherming smeltkamer...... 15 3.2.2 Voedingszone en steun voedingszone ...... 15 3.2.3 Hopper ...... 16 3.2.4 Voetsteun ...... 18 3.3 CONCEPT 2: HOUTEN KOOI ...... 18 3.3.1 Elektronicabox ...... 19 3.3.2 Houten kooi ...... 20 3.3.3 Bodemplaat ...... 21 3.3.4 Verankering ...... 22 3.4 AANGEKOCHTE ONDERDELEN ...... 23 3.4.1 Isolatie rond smeltkamer (concept 1 en 2) ...... 23
VIII
3.4.2 Cilindrische pen (concept 1) ...... 24 3.4.3 Insert type E (concept 2) ...... 24 3.4.4 Scharnier (concept 2) ...... 25 3.4.5 Lijm (concept 2) ...... 25
4 VEILIGHEID EN NORMEN ...... 28
4.1 NBN EN ISO 13732-1 (2009) ...... 28 4.1.1 Concept 1 ...... 28 4.1.2 Concept 2 ...... 29 4.2 NBN EN ISO 13857 (2008) ...... 30 4.2.1 Concept 1 ...... 31 4.2.2 Concept 2 ...... 32 4.3 NBN EN ISO 7010 (2012) ...... 33
5 IMPACTANALYSE IN SIMAPRO ...... 35
5.1 OPSTELLEN VAN DE IMPACTANALYSE ...... 35 5.1.1 Basiskit ...... 36 5.1.2 Concept 1 ...... 36 5.1.3 Concept 2 ...... 37 5.1.4 Berekeningen voor bepaalde processen ...... 38 5.2 IMPACTANALYSE VAN DE BASISKIT VAN FELFIL ...... 42 5.2.1 ILCD Midpoint+ methode (EU27 2010, equal weighting) ...... 42 5.2.2 IPCC 2013 GWP 20a: totale impact op het klimaat (in kg CO2-eq) ...... 43 5.2.3 ReCiPe Endpoint methode (H) ...... 44 5.3 VERGELIJKING VAN DE IMPACTEN VAN DE ONTWORPEN BEHUIZINGEN ...... 46 5.3.1 ILCD Midpoint+ methode (EU27 2010, equal weighting) ...... 47 5.3.2 IPCC 2013 GWP 20a: totale impact op het klimaat (in kg CO2-eq) ...... 48 5.3.3 ReCiPe Endpoint methode (H) ...... 49
6 ENQUÊTE EXTRUDER OP SCHOOL ...... 52
6.1 ALGEMEEN OVERZICHT ...... 52 6.2 SPECIFIEKE RESULTATEN ...... 52 6.3 CONCLUSIE ENQUÊTE ...... 58
7 CONCLUSIE ...... 60
8 SUGGESTIES VERDER ONDERZOEK ...... 61
REFERENTIES ...... 62
BIJLAGEN ...... 64
BIJLAGE A: BIJKOMENDE AFBEELDINGEN BASISKIT ...... 64 BIJLAGE B: BEREKENINGEN GEWICHTEN BASIC KIT ...... 66 BIJLAGE C: BIJKOMENDE AFBEELDINGEN CONCEPTEN ...... 68 BIJLAGE D: BEREKENINGEN WARMTEOVERDRACHT CONCEPT 1 EN 2 ...... 70 BIJLAGE E: NBN EN ISO 13857 (2008) ...... 73
IX
BIJLAGE F: BEREKENINGEN GEWICHTEN CONCEPT 1 ...... 74 BIJLAGE G: BEREKENINGEN GEWICHTEN CONCEPT 2 ...... 76 BIJLAGE H: BEREKENINGEN PROCES 3D-PRINTEN ...... 78 BIJLAGE I: GEREEDSCHAP BEPAALD DOOR DORMER ...... 79 BIJLAGE J: BIJKOMENDE SCREENSHOTS SIMAPRO BASISKIT ...... 82 BIJLAGE K: BIJKOMENDE SCREENSHOTS SIMAPRO CONCEPTEN ...... 85 BIJLAGE L: E-MAILS ENQUÊTE ...... 88 BIJLAGE M: ENQUÊTE EXTRUDER OP SCHOOL ...... 89 BIJLAGE N: ENQUÊTE INVULVELDEN ...... 96
X
LIJST VAN FIGUREN
Figuur 1: Ladder van Lansink (Intradura, z.d.) ...... 1 Figuur 2: Cyclus van Design for Disassembly (Diener, 2010) ...... 2 Figuur 3: Extruder basiskit van Felfil ...... 6 Figuur 4: Mondstuk (rechts: doorsnede) ...... 7 Figuur 5: Smeltkamer (deels transparant) ...... 8 Figuur 6: Schroef ...... 8 Figuur 7: Technische gegevens K100-staal (Böhler, 2010) ...... 8 Figuur 8: O-ring vervaardigd uit Viton rubber ...... 9 Figuur 9: Case Felfil in PETG ...... 9 Figuur 10: Tweedelige hopper in PETG ...... 9 Figuur 11: Eerste concept van de behuizing (zonder basiskit) ...... 14 Figuur 12: Aluminium kooi of afscherming ...... 15 Figuur 13: Voedingszone (links), steun voedingszone (rechts) ...... 15 Figuur 14: Steun + voedingszone + hopper ...... 16 Figuur 15: hopper (rechts deels transparant) ...... 16 Figuur 16: Steunvlakjes rooster (links), voet van de hopper die aansluit op de voedingszone (rechts) 17 Figuur 17: Voetsteun ...... 18 Figuur 18: Tweede concept van de behuizing (zonder basiskit) ...... 18 Figuur 19: Elektronicabox ...... 20 Figuur 20: Kabelwand ...... 20 Figuur 21: Houten kooi ...... 21 Figuur 22: Houten afscherming van de bovenwand (bovenstuk hopper weggenomen) ...... 21 Figuur 23: Onderzijde van de bodemplaat ...... 22 Figuur 24: Verankering ...... 22 Figuur 25: NOMA®WOOL ALU rotswol isolatie (NMC, z.d.) ...... 23 Figuur 26: Cilindrische pen m6 (Fabory, z.d.) ...... 24 Figuur 27: Insert type E (Fabory, z.d.) ...... 24 Figuur 28: Scharnier GN 136 type B ...... 25 Figuur 29: Spreiding van de brandwonddrempel wanneer de huid in contact komt met een heet, glad metalen oppervlak (NBN EN ISO 13732-1, 2009)...... 29 Figuur 30: Spreiding van de brandwonddrempel wanneer de huid in contact komt met een heet, glad houten oppervlak (NBN EN ISO 13732-1, 2009) ...... 30 Figuur 31: Breedte van de roostergleuven (links, bovenaanzicht) en veiligheidsafstand tot schroef (rechts, zijaanzicht) ...... 32 Figuur 32: Breedte van de gleuven (links, bovenaanzicht) en veiligheidsafstand tot schroef (rechts, zijaanzicht) ...... 32 Figuur 33: Veiligheidsafstand tussen binnenzijde elektronicabox en stalen ondersteuning ...... 33 Figuur 34: Breedte van de gleuven in de bovenwand van de houten kooi ...... 33 Figuur 35: Veiligheidsstickers type W017 (links) en type P010 (rechts) ...... 34 Figuur 36: Tabel van de basiskit van Felfil ...... 36 Figuur 37: Tabel met de afvalscenario's van de basiskit ...... 36
XI
Figuur 38: Tabel van assembly behuizing 1 ...... 37 Figuur 39: Tabel met de afvalscenario's van behuizing 1 ...... 37 Figuur 40: Tabel van assembly behuizing 2 (rechts met meerdere subassemblages) ...... 37 Figuur 41: Tabel met de afvalscenario's van behuizing 2 ...... 38 Figuur 42: Boor voor teflonisolatie (diameter 4,5mm) ...... 40 Figuur 43: Boor voor teflonisolatie (diameter 19mm) ...... 41 Figuur 44: ILCD, totale milieu-impact in Pt ...... 42 Figuur 45: ILCD, bijdrage per proces voor de enkelvoudige score ...... 42 Figuur 46: ILCD, bijdrage per proces voor de impact op het klimaat ...... 43 Figuur 47: IPCC 2013 GWP 20a, netwerk ...... 43 Figuur 48: IPCC GWP 20a, bijdrage per proces ...... 44 Figuur 49: Recipe (H) endpointscores ...... 44 Figuur 50: Recipe Endpoint H: beperkt netwerk (cutoff 1%) van impact op menselijke gezondheid .... 45 Figuur 51: Recipe Endpoint H: impact op menselijke gezondheid (bijdrage per proces) ...... 45 Figuur 52: Recipe Endpoint H: impact op ecosystemen (bijdrage per proces) ...... 46 Figuur 53: Recipe Endpoint H: impact op fossiele voorraden (bijdrage per proces) ...... 46 Figuur 54: ILCD, bijdrage per proces voor de enkelvoudige score ...... 47 Figuur 55: ILCD, bijdrage per proces voor de impact op het klimaat ...... 48 Figuur 56: IPCC 2013 GWP 20a ...... 48 Figuur 57: IPCC GWP 20a, bijdrage per proces oplopend voor behuizing 1 ...... 49 Figuur 58: IPCC GWP 20a, bijdrage per proces oplopend voor behuizing 2 ...... 49 Figuur 59: Recipe (H) endpointscores ...... 50 Figuur 60: Recipe (H) endpointscores grafisch ...... 50 Figuur 61: Recipe Endpoint H: impact op menselijke gezondheid (bijdrage per proces) ...... 50 Figuur 62: Recipe Endpoint H: impact op ecosystemen (bijdrage per proces) ...... 51 Figuur 63: Recipe Endpoint H: impact op fossiele voorraden (bijdrage per proces) ...... 51 Figuur 64: Vraag 7 van de enquête ...... 53 Figuur 65: Resultaten van vraag 7 ...... 53 Figuur 66: Vraag 8 van de enquête ...... 54 Figuur 67: Resultaten van vraag 8 ...... 54 Figuur 68: Vraag 9 van de enquête ...... 54 Figuur 69: Resultaten van vraag 9 ...... 55 Figuur 70: Vraag 10 van de enquête ...... 55 Figuur 71: Resultaten van vraag 10 ...... 56 Figuur 72: Vergelijking voor het omzetten van plastic afval tussen scholen met een 3D-printer en alle scholen ...... 56 Figuur 73: Vraag 13 van de enquête ...... 57 Figuur 74: Resultaten van vraag 13 ...... 57 Figuur 75: Vraag 16 van de enquête ...... 57 Figuur 76: Resultaten van vraag 16 ...... 58
XII
LIJST VAN TABELLEN
Tabel 1: Componenten van de basiskit van Felfil met bijhorende gewichten ...... 6 Tabel 2: Geteste materialen door Felfil met bijhorende temperatuurinstellingen (Felfil, z.d.) ...... 7 Tabel 3: Componenten van de case en hopper van Felfil met bijhorende gewichten ...... 10 Tabel 4: Componenten van concept 1 met bijhorende materialen en gewichten ...... 14 Tabel 5: Componenten van concept 2 met bijhorende materialen en gewichten ...... 19 Tabel 6: Technische gegevens van insert type E...... 24 Tabel 7: Het reiken door vaak voorkomende openingen voor personen van 3 jaar en ouder (NBN EN ISO 13857, 2008) ...... 31 Tabel 8: Gemiddeld vermogen en gemiddelde printtijden van verschillende 3D-printers ...... 39 Tabel 9: Benodigde energie voor het 3D-printen van onderdelen ...... 39
XIII
LIJST VAN AFKORTINGEN
CO2 Koolstofdioxide DALY Disability-Adjusted Life Years DfD Design for Disassembly ILCD International Reference Life Cycle Data System IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change LCA Levenscyclusanalyse (Life Cycle Analysis) PA Polyamide PC Polycarbonaat PET Polyethyleentereftalaat PETG Polyethyleentereftalaatglycol PMMA Polymethylmethacrylaat PTFE Polytetrafluoretheen STEM Science Technology Engineering Mathematics
XIV
INLEIDING
Twee masterscripties ingediend in de academiejaren 2016-2017 en 2017-2018 vormen de aanzet voor het onderwerp van dit eindwerk. De eerste scriptie van Sam de Sadeleer handelde over de end- of-life van materialen binnen de fractie restafval in Vlaanderen (De Sadeleer, 2017). Als vervolg hierop onderzocht Stef Decorte wat de impact van zwerfvuil is en welke de technologische mogelijkheden zijn om materiaalkringlopen te sluiten (Decorte, 2018). De resultaten van beide scripties dienden als basis voor een educatief pakket rond zwerfvuil dat in de toekomst zal worden ingezet in een natuur- en milieu-educatief centrum van de Vlaamse overheid.
Meer in het bijzonder werd er in de laatste scriptie gezocht naar een voorbeeld om een materiaal- kringloop beter te sluiten. Een oplossing in de vorm van een bouwpakket werd voorgesteld: de Felfil Evo filament extruder. Hiermee is het mogelijk om zelf plastic filament als basismateriaal voor een 3D- printer te maken uit gerecycleerd plastic, zoals PET-flessen. In de huidige scriptie worden de technisch georiënteerde aspecten voor dit educatief pakket rond zwerfvuil verder uitgewerkt. Hiertoe wordt eerst de bestaande basiskit van de Felfil extruder geanalyseerd en worden er vervolgens twee verschillende behuizingen ontworpen.
Maar wat is een extruder? “Een extruder is een apparaat dat versnipperd plastic afval doorheen een cilindrische behuizing duwt met een schroef. Door middel van de verwarmingselementen rond de behuizing en de arbeid van de schroef komt er op het einde gesmolten plastic uit dat bijvoorbeeld dient als basismateriaal voor een 3D-printer.”
Het doel van het educatief pakket is leerlingen te sensibiliseren voor circulaire economie en de mogelijkheden van het sluiten van de materiaalcyclus van plastic door hen te laten experimenteren met een extruder. Hiermee wordt ook beoogd om de leerlingen te doen inzien dat hun gedrag en de keuzes die ze maken maatschappelijke en ecologische consequenties hebben. In het huidig project wordt op de ontworpen behuizingen een levenscyclusanalyse (LCA) uitgevoerd om deze vervolgens met elkaar te vergelijken. De LCA’s geven een kijk op het ecologisch aspect van duurzaamheid. Door de opbouw ervan met aanvullende milieu-informatie te documenteren, wordt het bewustzijn van de impact van gemaakte keuzes, gecreëerd. Het hergebruik van plastic dat voorkomt in huishoudelijk afval lijkt een ideale manier om de levenscyclus te sluiten en een goed voorbeeld om in het secundair onderwijs te gebruiken. Binnen duurzaamheid wordt naast het ecologisch aspect ook gekeken naar het sociaal aspect. Hiervoor wordt een enquête afgenomen bij leerkrachten en bestuursleden van scholen van het secundair onderwijs en specifiek de scholen met aandacht voor STEM (Science Technology Engineering Mathematics). Met de resultaten van de enquête wordt nagegaan of er een draagvlak is voor het gebruik van een extruder binnen het secundair onderwijs.
In het eerste hoofdstuk worden verschillende ontwerpstrategieën uit de literatuur over circulaire economie bestudeerd. De studie beperkt zich tot die strategieën die focussen op duurzaam ontwerp en de graad van duurzaamheid bij het ontwerp van de extruder kunnen verhogen. Het gaat om de ontwerpstrategieën Design for Disassembly, Design for Recyclability en Design from Recycling.
XV
In het tweede hoofdstuk wordt de werking van de basiskit van Felfil voor een extruder geanalyseerd. Vervolgens worden de gewichten van de componenten van deze extruder met behulp van het softwarepakket NX bepaald op basis van de dichtheid van de materialen. Deze informatie is nodig om in een later hoofdstuk de ecologische impact van deze basiskit te bepalen via het programma SimaPro. Ook de gewichten van extra geprinte onderdelen aangeleverd door Felfil worden met behulp van NX berekend. Deze onderdelen zullen gebruikt worden in de twee ontwerpen van behuizingen die beschreven worden in hoofdstuk 3.
In hoofdstuk 3 worden twee concepten van behuizingen besproken. Voorafgaand gaat de aandacht naar een warmteoverdrachtsberekening rekening houdend met de maximale temperatuur aan de oppervlakte van elke behuizing die aan bepaalde normen moet voldoen. Het eerste concept van de behuizing omvat een aluminium kooi rond de smeltkamer, het tweede concept een uit hout. Van beide concepten worden de gewichten van de componenten berekend en worden het ontwerp en de materiaalkeuze toegelicht. Daarnaast wordt de keuze van een aantal onderdelen die aangekocht worden in detail besproken.
In hoofdstuk 4 wordt er dieper ingegaan op de veiligheidsnormen bij het ontwerp en gebruik van zowel de extruder als de behuizingen. Speciale aandacht gaat naar twee normen die vastleggen hoe de kans op brandwonden bij onopzettelijk contact met een toestel in- of uitwendig geminimaliseerd kan worden.
Hoofdstuk 5 bevat een ecologische impactanalyse uitgevoerd in SimaPro. Hierin worden vergelijkende levenscyclusanalyses (LCA) uitgevoerd van zowel de productie als de afvalscenario’s van de twee ontworpen behuizingen. Er wordt gebruik gemaakt van drie methodes om verschillende impacten te bepalen.Ten slotte wordt er voor de volledigheid ook een LCA gemaakt van de basiskit zelf.
Naast het ecologisch aspect in hoofdstuk 5 komt in hoofdstuk 6 het sociaal aspect van duurzaamheid aan bod. Hierin worden de resultaten besproken van de afgenomen enquête om na te gaan of er een draagvlak is voor het gebruik van een extruder binnen het secundair onderwijs.
Deze scriptie eindigt met conclusies en suggesties voor verder onderzoek. Extra uitwerkingen, berekeningen en de enquête werden gebundeld in de bijlagen.
XVI
1 LITERATUURSTUDIE
In de literatuur over circulaire economie zijn verschillende ontwerpstrategieën beschreven die focussen op duurzaam ontwerp. In dit hoofdstuk worden deze strategieën bestudeerd die bij het ontwerp van de extruder ingezet kunnen worden om de graad van duurzaamheid te verhogen. Het gaat hierbij om de volgende drie strategieën: Design for Disassembly Design for Recyclability Design from Recycling In de studie wordt rekening gehouden met de ladder van Lansink waarbij hergebruik als de meest duurzame strategie genoemd wordt.
Figuur 1: Ladder van Lansink (Intradura, z.d.)
1.1 Design for Disassembly
Design for Disassembly (DfD) of ontwerpen voor demontage is een ontwerpstrategie die rekening houdt met de toekomstige noodzaak om een product te demonteren voor reparatie, opknapwerk of recyclage. Enkele vragen om rekening mee te houden zijn: Moet een product worden onderhouden en/of gerepareerd? Welke onderdelen moeten worden vervangen? Wie zal het repareren? Hoe kan de demontage eenvoudig en intuïtief zijn? Kan het product worden opgeknapt en doorverkocht voor hergebruik? Als het moet worden weggegooid, hoe kan de demontage tot gemakkelijk recyclebare componenten vergemakkelijkt worden?
Door op dergelijke vragen het antwoord te zoeken, verhoogt de DfD-methode de effectiviteit van een product zowel tijdens als na de levensduur ervan.
1
De essentie van het eenvoudig monteren en demonteren omvat het volgende: gemakkelijk te openen of te sluiten, vrij van lijm, schroeven of warmtestokken, materialen zijn duidelijk gelabeld, de onderdelen kunnen snel worden gescheiden.
DfD-strategieën worden toegepast gedurende de gehele ontwerpcyclus. Ontwerpers moeten het team opleiden, verspilling ontdekken, doelen stellen, oplossingen creëren en vervolgens de resultaten monitoren aan de hand van productie, release, gebruik en end-of-life.
Figuur 2: Cyclus van Design for Disassembly (Diener, 2010)
In Figuur 2 staat een algemene cyclus van DfD. Het is geen vast pad, maar een raamwerk van acties die in vrijwel elke volgorde kunnen worden uitgevoerd om het einddoel van het ontwerpen van efficiëntere producten te bereiken. Demontage van risicovolle producten (zoals medische hulpmiddelen, hoogspanningselektronica, auto's, enz.) worden om veiligheidsredenen beter overgelaten aan getrainde technici.
Dfd is van fundamenteel belang voor het verbeteren van de kosten, kwaliteit en levensduur van wat wordt geproduceerd. Het biedt mensen betere hulpmiddelen voor het leven van de komende jaren. (Diener, 2010)
1.2 Design for Recyclability
Design for Recyclability wordt ook wel Design for Recycling genoemd. Het recycleren van kunststoffen begint niet bij het verzamelen, maar bij het ontwerpen van producten. Recyclageprocessen worden
2
heel vaak belemmerd door onscheidbare polymeercomposieten of door het onnodig gebruik van additieven of het combineren van kunststoffen met andere materialen (papier, metaal, vezels) op een manier die geen gemakkelijke scheiding mogelijk maakt.
Het essentiële criterium voor productontwerp is tegenwoordig de hoge prestaties. De nieuwe uitdaging zou echter moeten zijn om het aspect recycleerbaarheid op te nemen en om er een vereiste van te maken bovenop de andere prestatiecriteria zoals productveiligheid, houdbaarheid, marketing en branding, enz. Ook in het geval van een plastic product is het belangrijk om een evenwicht te vinden tussen die verschillende doelstellingen zonder de recycleerbaarheid te negeren.
Volgens de definitie van Global Plastics Outreach Alliance wordt een plastic product als recycleerbaar beschouwd als het aan de volgende voorwaarden voldoet: Het product moet gemaakt zijn van een plastic dat wordt ingezameld voor recyclage, dat marktwaarde heeft en/of wordt ondersteund door een wettelijk verplicht programma. Het product moet worden gesorteerd en geaggregeerd in gedefinieerde stromen voor recyclageprocessen. Het product kan worden verwerkt en gerecycleerd met commerciële recyclageprocessen. Het gerecycleerde plastic wordt een grondstof die wordt gebruikt bij de productie van nieuwe producten.
Plastics Recyclers Europe creëerde de tool RecyClass met als doel het ontwerp van de verpakking te verbeteren, zodat het gemakkelijk te recycleren is tot hoogwaardige recyclaten die vervolgens kunnen worden gebruikt in een nieuw plastic product. Heel wat plastic is niet geschikt voor recyclage en is daarom alleen bestemd voor energieterugwinning. RecyClass is een gratis online tool waarmee vrijwel elk plastic pakket kan worden beoordeeld op zijn recyclebaarheid. De tool gebruikt het klassensysteem van A tot F dat lijkt op de energie-efficiëntiebeoordeling. In een paar eenvoudige stappen kan de recycleerbaarheid van een product worden geverifieerd (Plastics Recyclers Europe, z.d.).
1.3 Design from Recycling
Design from Recycling (DfR) is een materiaalgestuurde ontwerpmethodiek, specifiek gericht op het gebruik van gerecycleerde polymeren in nieuwe producten. Het is niet altijd gemakkelijk voor de ontwerper om een goede voeling te krijgen voor gerecycleerde materialen. Het inschatten wat de relevante eigenschappen van deze materialen zijn, is ook een uitdaging op zich.
In het concept van Design from Recycling worden de afvalstromen beschouwd als waardevolle herbruikbare materiaalstromen. Het secundaire ruwe materiaal afkomstig van het gerecycleerde polymeerafval van de end-of-life van een vorig product is het startpunt van de ontwikkeling van een nieuw product. Belangrijke aspecten van de strategie zijn onder meer: - een grondige karakterisering van het gerecycleerde polymeer, - een aangepast product en (matrijs-)ontwerp maken op basis van de eigenschappen van het gerecycleerde polymeer en
3
- het identificeren van aanvaardbare strategieën voor de verbetering van de materiaalkwaliteit waar nodig. (Vyncke, Onnekink, Feenstra, & Ragaert, 2018)
De toepasbaarheid van het DfR-concept kan worden aangetoond door verschillende ontwerpen. Zo is onlangs een handige ontwerptool genaamd ‘The Determinator’ ontwikkeld, die spuitgietuitdagingen (ribben, scharnieren, laslijnen) combineert met ontwerpaspecten (gevoel, textuur, stijfheid). Verschillende materiaalstromen worden geëvalueerd op deze tool. Het is nuttig gebleken in de conceptstap voor een ontwerper en is waardevol in de verwerkingsfase, waardoor de overgang van afval naar product een realiteit wordt. (University of Antwerp, z.d.)
4
2 EXTRUDER BASISKIT FELFIL
In dit hoofdstuk analyseren we de werking van de basiskit van Felfil voor een extruder. Vervolgens worden de gewichten van de componenten van de extruder met behulp van het softwarepakket NX bepaald op basis van de dichtheid van de materialen. Deze informatie is nodig om in een later hoofdstuk de ecologische impact van deze basiskit te bepalen via het programma SimaPro. Ook de gewichten van extra geprinte onderdelen aangeleverd door Felfil worden met behulp van NX berekend. Bijkomende afbeeldingen van de componenten van de basiskit zijn te vinden in Bijlage A.
2.1 Extrusie
De extruder basiskit van Felfil is een apparaat dat vaste versnipperde stukjes plastic doorheen een cilindrische behuizing of smeltkamer duwt met een enkele schroef. Deze stukjes plastic worden hier beschouwd als pellets. Door middel van de verwarmingselementen rond de behuizing en de arbeid van de schroef komt er op het einde gesmolten plastic als een fijne draad uit waarmee bijvoorbeeld ge-3D-print kan worden.
Het gebruik van een enkele schroef zorgt voor een toename van de temperatuur en druk naarmate het plastic zich verder doorheen de smeltkamer voortbeweegt. Deze kamer wordt opgedeeld in drie zones: de voedings-, compressie- en mengzone.
In de voedingszone worden pellets verplaatst van de hopper richting het mondstuk en voorverwarmd in de smeltkamer. De voedingszone dient enkel als doorgang om de vaste pellets te transporteren naar de twee volgende zones.
Vervolgens worden de pellets samengedrukt in de compressiezone. Hier zullen ze volledig smelten door zowel de wrijving die wordt geïntroduceerd door de rotatie van de schroef (wat typisch 80% weergeeft van de toegevoegde warmte) als door de externe verwarmingselementen (wat typisch slechts 20% weergeeft van de toevoegde warmte). De pellets smelten en de viscositeit daalt met toenemende druk en wrijving wat ook wel “shear thinning” wordt genoemd. Door de lagere viscositeit verder in de smeltkamer wordt de lucht die gemengd is met het gesmolten plastic, weggeperst richting de voedingszone en de hopper waar een lagere druk heerst. Wegens de hoge druk en temperatuur aan het einde van de compressiezone wil het gesmolten plastic ook richting de hopper ontsnappen. Dit wordt echter tegengegaan door de blijvende toevoer van de vaste pellets die als een soort pomp dienen. De werking van een extruder met een enkele schroef baseert zich op het “screw pump principle”. De toename van de wrijving door de toenemende druk kan nadelig zijn en leiden tot het degraderen van het gesmolten plastic. Tot slot moet aan het einde van deze zone de groefdiepte van de schroef een derde van de originele groefdiepte van de voedingszone zijn.
In de derde en laatste zone wordt het gesmolten plastic tot een homogene massa gemengd. De mengzone wordt ook een pompzone genoemd omdat het zoals een pomp voldoende druk genereert om de kleine drukval die zich voordoet, tegen te gaan en om het gesmolten plastic door de
5
eindopening te duwen. De druk blijft behouden door de constante groefdiepte. (Cardon, 2019; Giles, Wagner, & Mount, 2005)
2.2 Opbouw van de basiskit
De masterscriptie van Stef Decorte (Decorte, 2018) vermeldt twee mogelijkheden om zelf filament te maken om de levenscyclus van plastic te sluiten. Eén ervan bestaat in het gebruik van de extruder van Felfil. Het bedrijf Felfil heeft zowel een basiskit van een extruder (zie Figuur 3) als een volledig uitgebreide kit inclusief behuizing ontworpen om zelf te monteren. Ze bieden ook een geassembleerde uitgebreide kit te koop aan.
Felfil heeft voor deze scriptie enkele bestanden doorgestuurd waaronder een bestand (“Basic Kit con Arduino.stp”) om de basiskit te importeren in het softwarepakket NX. Een analyse van de basiskit levert de onderdelen op in Tabel 1.
Tabel 1: Componenten van de basiskit van Felfil met bijhorende gewichten
Onderdeel Materiaal Gewicht (g) Aantal Ondersteuning (blauw) Staal 470,1 1 Gearmotor (lichtgrijs) Staal 970,0 1 Koper 30,0 1 Isolatie (wit) Teflon 27,7 1 Smeltkamer (donkergrijs) Aluminium 248,5 1 Mondstuk (donkergroen) Messing 76,0 1 Schroef (oranje) Staal K100 135,0 1 O-ring (rood) Viton rubber 0,3 1 Totaal basiskit 1957,6
Figuur 3: Extruder basiskit van Felfil
6
De gewichten in Tabel 1 werden bekomen door het toekennen van de materialen aan de componenten in NX. De totale basiskit weegt volgens Felfil twee kilogram (Felfil, 2017) wat goed overeenkomt met het door NX berekende totale gewicht van 1957,6 g.
De basiskit bestaat uit een motor met bijhorende reductiekast die samen één kilogram wegen. De behuizing van de reductiekast is gemaakt van staal. De motor is een 3kW DC motor met een diameter van 36 mm. Op basis van dit type motor werd de massa van koper bepaald (zie eerste tabel in Bijlage B) en deze bedraagt 30 g. Verder bestaat de basiskit uit een ongelegeerde stalen U-vormige ondersteuning waaraan de motor met reductiekast, de isolatie en de smeltkamer worden bevestigd. Aan het uiteinde van de smeltkamer wordt het mondstuk uit messing (zie Figuur 4) bevestigd. Enkele andere componenten worden hieronder uitgebreider besproken.
Figuur 4: Mondstuk (rechts: doorsnede)
2.2.1 Isolatie
De isolatie tussen de smeltkamer en de stalen ondersteuning is gemaakt van polytetrafluoretheen (PTFE) of teflon. Het is een van de meest thermisch stabiele kunststofmaterialen met een maximale werktemperatuur van 260°C. Vanaf deze temperatuur gaat kwaliteit van het materiaal omlaag (Geertsma, 2015; WSV Kunststoffen, z.d.).
Tabel 2 geeft de temperatuurinstellingen weer van enkele materialen die getest zijn door Felfil. De meeste temperaturen liggen rond de 200°C en allemaal onder de 260°C wat van PTFE een goede keuze maakt als materiaal voor de isolatie tussen de smeltkamer en de stalen ondersteuning.
Tabel 2: Geteste materialen door Felfil met bijhorende temperatuurinstellingen (Felfil, z.d.)
Materialen: PLA ABS HIPS T45 TPU HDPE PETG Nylon Temperatuur (°C): 187 205 200 190 205 200 210 240
2.2.2 Smeltkamer
De smeltkamer is gemaakt uit aluminium en heeft als functie om het versnipperde plastic van buitenaf op te warmen. Dit gebeurt aan de hand van thermokoppels die bevestigd en vastgezet worden in de drie voorziene doorlopende boringen van het rechterdeel van de smeltkamer (zie Figuur 5). Verder zijn er links zes boringen voor de bevestiging aan de isolatie en zijn er rechts drie kleinere boringen voor de montage van het mondstuk en een cirkelvormige inkeping voorzien voor de O-ring.
7
Figuur 5: Smeltkamer (deels transparant)
2.2.3 Schroef
De schroef (zie Figuur 6) is op maat gemaakt voor de extruder van Felfil. Het materiaal is K100-staal en de schroef is vervaardigd uit een massieve basis op een vijfassige freesmachine (Felfil, z.d.). K100-staal of “AISI D3 cold work steel” is een gelegeerd staal dat gemiddeld uit 2% koolstof en 11,5% chroom bestaat (zie Figuur 7). Hierdoor heeft een zeer hoge slijtvastheid tegen wrijving en hechting wat ideaal is voor het extruderen van plastic. (Böhler, 2010; Otai Special Steel, z.d.)
Figuur 6: Schroef
Figuur 7: Technische gegevens K100-staal (Böhler, 2010)
2.2.4 O-ring
De O-ring dient als afdichting tussen de smeltkamer en het mondstuk (zie Figuur 8). De smeltkamer zal tijdens de werking van de extruder hoge temperaturen tot 250°C aannemen dus de O-ring moet hier tegen bestand zijn. De materiaalkeuze van Felfil gaat daarom naar Viton rubber.
8
Figuur 8: O-ring vervaardigd uit Viton rubber
Voor Viton rubber zijn er verschillende waarden voor de maximale werktemperatuur te vinden. De ene bron vermeldt dat de mechanische eigenschappen intact blijven bij temperaturen tot 250 ºC (Ridderflex, z.d.). Een andere bron zegt dat de maximale temperatuur varieert tussen 205 en 230°C en afhankelijk is van de duur dat het rubber aan de hitte wordt blootgesteld (Eriks, z.d.-b). Op basis van Tabel 2 is Viton rubber een goede keuze als materiaal voor de O-ring. Indien materialen met hogere werktemperaturen (zoals nylon) worden gesmolten, moet de staat van de O-ring opgevolgd worden en is het aangeraden enkele O-ringen op voorraad te hebben.
2.3 Extra geprinte onderdelen
In de gedownloade bestand van Felfil zat naast de basiskit een case om de elektronica aan te bevestigen (zie Figuur 9) en een tweedelige hopper (zie Figuur 10). Beide onderdelen zijn vervaardigd uit het materiaal polyethyleentereftalaatglycol (PETG) en worden gebruikt in de twee concepten die in hoofdstuk 3 aan bod komen.
Figuur 9: Case Felfil in PETG
Figuur 10: Tweedelige hopper in PETG
9
Het materiaal PETG is een glycol-gemodificeerd polyethyleentereftalaat (PET). Door deze aanpassing wordt de smelttemperatuur verlaagd wat voordelig is bij het smelten van PETG met de extruder (en tijdens het 3D-printen ervan). De smelttemperatuur van PET bedraagt 250°C en de printtemperatuur van PETG ligt tussen de 220 en 245°C afhankelijk van de samenstelling ervan. De temperatuurinstelling voor PETG van Felfil bedraagt zelfs maar 210°C (zie Tabel 2). Het copolymeer combineert ook een goede taaiheid met chemische resistentie. (Tyson, 2016)
In Tabel 3 zijn de met NX berekende gewichten van deze case en hopper terug te vinden.
Tabel 3: Componenten van de case en hopper van Felfil met bijhorende gewichten
Onderdeel Materiaal Gewicht (g) Aantal Case rechts PETG 47,0 1 Case links PETG 41,1 1 Case achter PETG 41,1 1 Case bodem PETG 65,3 1 Totaal Case 194,5 Hopper boven PETG 42,7 1 Hopper onder PETG 44,5 1 Totaal Hopper 87,2
10
3 CONCEPTEN VOOR BEHUIZING
Rondom de basiskit worden twee concepten voor een behuizing ontworpen in het tekenprogramma NX op basis van de eerder geziene designstrategieën. Het eerste concept omvat een aluminium kooi en het tweede een houten kooi rond de smeltkamer van de basiskit. Naast de zelf ontworpen componenten zijn er ook enkele componenten die worden aangekocht. Aan beide concepten gaat een warmteoverdrachtsberekening vooraf. Bijkomende afbeeldingen van de componenten van beide concepten zijn te vinden in Bijlage C.
3.1 Berekeningen warmteoverdracht
Bepaalde oppervlakken van componenten van zowel de basiskit als de twee behuizingen kunnen bijzonder warm worden als de extruder draait. De temperaturen van deze contactoppervlakken worden in deze paragraaf berekend om aan de norm NBN EN ISO 13732-1 te voldoen. Op deze norm wordt in een volgend hoofdstuk (zie 4.1) dieper ingegaan in het kader van de veiligheid bij het ontwerp en het gebruik van de extruder.
De drie basisvormen van warmteoverdracht zijn conductie, convectie en straling. In dit werk wordt rekening gehouden met conductie of de warmteoverdracht doorheen materialen of objecten die direct contact hebben met elkaar. De energie wordt getransporteerd van het object met een hogere naar het object met een lagere temperatuur. Convectie wordt in rekening gebracht voor het oppervlak dat in contact komt met de omgeving. Er wordt geen rekening gehouden met de straling omdat er in dit project wordt gefocust op het contact met de behuizing. De berekeningen zijn gebaseerd op de theorie en de uitgewerkte voorbeelden van het boek “Introduction to Thermodynamics and Heat Transfer – Second Edition” (Çengel, 2009). Voor beide concepten zijn de berekeningen analoog en worden daarom niet volledig uitgeschreven. Resultaten van alle berekeningen zijn te vinden in Bijlage D.
De extruder bereikt een maximale temperatuur van 250°C. De temperatuur van de omgeving of de kamertemperatuur bedraagt 20°C. Het temperatuurverschil bedraagt voor alle berekeningen 230°C.
3.1.1 Concept 1: aluminium kooi
De behuizing rond de smeltkamer van het eerste concept is een aluminium geplooide plaat van 1 mm dik. De plaat is gestrekt en voor de helft doorlatend. De dwarsdoorsnede van de plaat is rechthoekig, maar de smeltkamer en isolatie zijn rond. Hierdoor wordt rekening gehouden met de kortste afstand tussen de isolatie en de aluminium plaat. Er wordt een thermisch weerstandsnetwerk opgesteld voor de warmteoverdracht door een cilinder die uit drie lagen bestaat vertrekkende van de buitenzijde van de smeltkamer: rotswol, lucht, aluminium. De buitenzijde van de behuizing wordt onderworpen aan convectie en de oppervlaktetemperatuur wordt gezocht.
De thermische weerstand van de 20 mm dikke rotswol wordt met volgende formule bepaald:
ln(푟 /푟 ) ln(42,5/22,5) °퐶 푅 = 2 1 = = 23,8 𝑖푠표 2 ∗ 휋 ∗ 퐿 ∗ 푘 2 ∗ 휋 ∗ 0,06 푚 ∗ 0,071 푊/(푚 ∗ °퐶) 푊
11
Met: r2 de straal van de smeltkamer opgeteld met de dikte van de isolatie (mm) r1 de straal van de smeltkamer (mm) L de lengte van het breedste deel van de smeltkamer (m) k de warmtegeleidingscoëfficiënt van de isolatie bij 250°C (W/m°C)
De weerstanden van de luchtlaag van 17 mm dik en de aluminium plaat van 1 mm dik worden met dezelfde formule als hierboven berekend en bedragen: °퐶 °퐶 푅 = 21,8 푅 = 0,0002 푙푢푐ℎ푡 푊 푎푙푢 푊 De convectieweerstand wordt met volgende formule bepaald: 1 1 °퐶 푅 = = = 8,8 푐표푛푣 ℎ ∗ 퐴 5 푊/(푚² ∗ °퐶) ∗ (2 ∗ 휋 ∗ 0,0605 푚 ∗ 0,06 푚) 푊 Met: h de gemiddelde warmteoverdrachtscoëfficiënt in W/(m².°C) van stilstaande lucht (Ditmar, z.d.) A de oppervlakte in contact met de omgeving (m²)
De totale weerstand bedraagt vervolgens: °퐶 푅 = 푅 + 푅 + 푅 + 푅 = 54,3 푡표푡 𝑖푠표 푙푢푐ℎ푡 푎푙푢 푐표푛푣 푊 De totale warmteoverdracht bedraagt: 푇1 − 푇표푚푔 250°퐶 − 20°퐶 푄̇푡표푡 = = = 4,2 푊 푅푡표푡 54,3 °퐶/푊 Met: T1 de maximale temperatuur van de smeltkamer (°C) Tomg de kamertemperatuur (°C) Rtot de totale thermische weerstand (°C/W)
De temperatuur aan de buitenzijde van de aluminium plaat wordt bepaald aan de hand van de vorige formule van de totale warmteoverdracht: 푇1 − 푇4 °퐶 푄̇푡표푡 = <=> 푇4 = 푇1 − 푄̇푡표푡 ∗ (푅푡표푡 − 푅푐표푛푣) = 250°퐶 − 4,2 푊 ∗ (54,3 − 8,8) = 57,1 °퐶 푅푡표푡 − 푅푐표푛푣 푊
Om aan de norm NBN EN ISO 13732-1 te voldoen moet de oppervlaktetemperatuur kleiner zijn dan 58°C wat hier het geval is.
Vervolgens wordt de oppervlaktetemperatuur gezocht van de stalen ondersteuning van de hopper. De warmteoverdracht wordt hiervoor bepaald van de smeltkamer doorheen de teflonisolatie (10 mm dik) en de stalen ondersteuning van de hopper (4 mm dik). De thermische weerstand van de teflonisolatie wordt met volgende formule bekomen: 퐿 0,01 푚 °퐶 푅푡푒푓푙표푛 = = 휋 = 33,0 푘 ∗ 퐴 0,25 푊/(푚 ∗ °퐶) ∗ ( ∗ (0,0452 − 0,0192 − 6 ∗ 0,0045²) 푚²) 푊 4 Met: L de dikte van de teflonisolatie (m) k de warmtegeleidingscoëfficiënt van de isolatie (W/m°C) A de contactoppervlakte van de smeltkamer met de teflonisolatie (m²)
12
De weerstand van de staallaag van 4 mm dik wordt met dezelfde formule als hierboven berekend en bedraagt: °퐶 푅 = 0,068 푠푡푎푎푙 푊 De convectieweerstand wordt met volgende formule bepaald: 1 1 °퐶 푅 = = = 39,2 푐표푛푣,2 ℎ ∗ 퐴 5 푊/(푚² ∗ °퐶) ∗ 0,0051 푚² 푊 De totale weerstand bedraagt vervolgens: °퐶 푅 = 푅 + 푅 + 푅 = 72,3 푡표푡,2 푡푒푓푙표푛 푠푡푎푎푙 푐표푛푣,2 푊 De totale warmteoverdracht bedraagt: 푇1 − 푇표푚푔 250°퐶 − 20°퐶 푄̇푡표푡,2 = = = 3,2 푊 푅푡표푡,2 72,3 °퐶/푊 De temperatuur aan de buitenzijde van de stalen ondersteuning wordt bepaald aan de hand van de vorige formule van de totale warmteoverdracht: 푇1 − 푇3,푠푡푎푎푙 °퐶 푄̇푡표푡,2 = <=> 푇3,푠푡푎푎푙 = 250°퐶 − 3,2 푊 ∗ (72,3 − 39,2) = 144,7 °퐶 푅푡표푡,2 − 푅푐표푛푣,2 푊 Deze temperatuur is veel hoger dan 58°C dat de norm NBN EN ISO 13732-1 toelaat waardoor contact vermeden moet worden. De hopper komt zo goed als in contact met de stalen ondersteuning dus moet de hopper tegen deze temperatuur bestand zijn.
3.1.2 Concept 2: houten kooi
De warmteberekeningen voor het tweede concept om de oppervlaktetemperatuur te bepalen aan de buitenzijde van de behuizing, zijn volledig analoog aan deze van concept 1 op volgende zaken na: De luchtafstand tussen de isolatie en de buitenste wand bedraagt 15 mm in plaats van 17 mm. De aluminium plaat (1 mm) wordt vervangen door een dennenhouten wand van 5 mm dik. De warmtegeleidingscoëfficiënt van dennenhout bedraagt 0,14 W/(m.°C).
De totale thermische weerstand bedraagt: °퐶 °퐶 푅 = 푅 + 푅 + 푅 + 푅 = (23,8 + 19,6 + 1,6 + 8,5) = 53,4 푡표푡 𝑖푠표 푙푢푐ℎ푡 ℎ표푢푡 푐표푛푣 푊 푊 De totale warmteoverdracht bedraagt: 250°퐶 − 20°퐶 푄̇ = = 4,3 푊 푡표푡 53,4 °퐶/푊 De temperatuur aan de buitenzijde van de houten wand bedraagt: 푇1 − 푇4 °퐶 푄̇푡표푡 = <=> 푇4 = 250°퐶 − 4,3 푊 ∗ (53,4 − 8,5) = 56,6 °퐶 푅푡표푡 − 푅푐표푛푣 푊 en is kleiner dan 58°C waarmee wordt voldaan aan de norm NBN EN ISO 13732-1.
De berekeningen voor het bepalen de oppervlaktetemperatuur van de stalen ondersteuning zijn exact dezelfde als deze van concept 1.
13
3.2 Concept 1: aluminium kooi
Figuur 11: Eerste concept van de behuizing (zonder basiskit)
Het eerste concept omvat een behuizing met een aluminium kooi rond de smeltkamer van de basiskit. In Figuur 11 wordt de zelf ontworpen behuizing weergegeven zonder de basiskit. Alle componenten van concept 1 staan opgesomd in Tabel 4.
Tabel 4: Componenten van concept 1 met bijhorende materialen en gewichten
Onderdeel Materiaal Gewicht (g) Aantal Case (zie Tabel 3) PETG 194,5 Aluminium kooi Aluminium (doorlaat 0,5) 160,3 1 Plaatje met opening Aluminium 1,2 1 Voedingszone Staal 112,0 1 Pin 2mm Staal 0,1 2 Hopperkuip PETG 49,9 1 Hopperrooster PETG 6,8 1 Steun voedingszone Staal 5,8 1 Isolatie smeltkamer Rotswol 50,6 1 Bodemplaat PC 153,7 1 Voetsteun PETG 1,5 3 Totaal behuizing 1 545,0 Basiskit (zie Tabel 1) 1957,6 Totaal assemblage 1 2697,1
14
3.2.1 Afscherming smeltkamer
De afscherming rond de smeltkamer (zie Figuur 12) is gemaakt uit een ongelegeerde plaat aluminium van 1 mm dik die gestrekt en geplooid werd. Door het strekken bedraagt de doorlaatcoëfficiënt van de afscherming 50%. (MDB metal, z.d.). Er is een opening voorzien waar het gesmolten plastic uit de extruder zal komen. Onderaan de zijkanten van de afscherming zijn in totaal vier boringen aangebracht om de afscherming vast te zetten op de bodemplaat.
Figuur 12: Aluminium kooi of afscherming
3.2.2 Voedingszone en steun voedingszone
De voedingszone is gemaakt uit staal en is zo ontworpen dat het door de grootste opening van de stalen ondersteuning van de hopper past. Het wordt tot tegen de steun van de voedingszone geduwd die ook uit staal vervaardigd is. Hiervoor is een deeltje onderaan de voedingszone weggefreesd (zie Figuur 13, Figuur 14). Een deel van de bovenzijde van de voedingszone is weggefreesd zodat de hopper hierop kan geplaatst worden. Er zijn ook twee blinde boringen gemaakt om twee cilindrische pennen in te klemmen. Deze dienen als ‘geleidingspennen’ om de hopper makkelijker te plaatsen.
Figuur 13: Voedingszone (links), steun voedingszone (rechts)
15
Figuur 14: Steun + voedingszone + hopper
3.2.3 Hopper
De hopper bestaat uit twee delen: de hopperkuip (rood) en het hopperrooster (oranje). Het geheel wordt rechtop ge-3D-print met het materiaal PETG zoals de extra geprinte delen van Felfil. Het is niet aangeraden om te printen met een wanddikte kleiner dan 1 mm. De sterkte van de wand wordt bepaald door de hechting tussen de lagen. In de lengterichting is een dunne wand nog vrij sterk, maar in de dwarsrichting komen de lagen los van elkaar bij de minste kracht die erop wordt uitgeoefend. Om deze reden en wegens de schuine helling van de hopper wordt een minimale wanddikte van 2 mm gebruikt (van Maanen, 2015).
Figuur 15: hopper (rechts deels transparant)
Het rooster steunt op de twee voorziene steunvlakjes (zie Figuur 16) en wordt vastgeschroefd in de voorziene boringen in de stalen behuizing van de motorreductor. De voet van de hopper is zo ontworpen dat deze perfect aansluit over de bovenzijde van de voedingszone (zie Figuur 14). In deze voet zijn ook twee boringen voorzien waar de twee cilindrische pennen doorheen passen. De cilindrische pennen zijn een extra verankering zodat de hopper niet in het horizontale vlak kan bewegen, maar enkel verticaal kan verwijderd of teruggeplaatst worden.
16
Figuur 16: Steunvlakjes rooster (links), voet van de hopper die aansluit op de voedingszone (rechts)
Het hopperontwerp heeft de vorm van een rechthoek van bovenaf bekeken (zie Figuur 16). De hoeken tussen de binnenwanden zijn hierdoor scherp wat nadelig is voor een vlotte doorstroming van de plastic pellets, zeker als de pellets variëren in grootte en vorm. Een cirkelvormige trechter of hopper zou dit probleem een groot deel verhelpen, maar deze oplossing paste niet binnen dit concept. In de plaats werden de scherpe binnen- en buitenwanden afgerond (Guyer, 2008).
3.2.3.1 Opmerkingen hopperontwerp
Op industrieel niveau worden sommige polymeren of plastics gedroogd voordat ze worden verwerkt. Dit wordt gedaan bij plastics die zeer hygroscopisch zijn om degradatie van het plastic te voorkomen. Enkele voorbeelden zijn polyesters, nylon en polycarbonaat. Ze absorberen snel vocht uit de lucht van de omgeving, dus een goede droging is van cruciaal belang om goede eigenschappen te verkrijgen na de extrusie. Het drogen van het plastic op educatief niveau hangt af van de faciliteiten van de school of vestiging (Bozzelli, 2010).
Voor dit project wordt het droogproces buiten beschouwing gelaten. Bij beide concepten is de hopper open langs de bovenzijde. Hierdoor is het mogelijk voor het plastic in de hopper om vocht uit de lucht te onttrekken. Naast het vocht zorgen ook stofdeeltjes voor degradatie van het plastic. Een oplossing voor deze twee problemen is het plaatsen van een soort deksel dat mooi aansluit over de bovenzijde van de hopper.
Tijdens het printen van de voet van de hopper moet een overbrugging gemaakt worden, maar een 3D- printer kan niet zomaar op lucht printen. Hiervoor wordt op voorhand een steun- of supportmateriaal geprinte dat bestaat uit zeer dunne wanden die achteraf worden verwijderd. Vervolgens wordt de overbrugging op het supportmateriaal geprint (Guyer, 2008).
Vicat Softening Point van PETG ligt echter vrij laag op 83°C (Eriks, z.d.-a) wat nadelig kan zijn omdat de hopper zich vrij dicht tegen de stalen ondersteuning bevindt. Een mogelijks beter materiaal zou PC zijn (Vicat Softening Point tussen de 145 en 150°C), maar dit heeft erg hoge temperaturen nodig om te printen. Een andere optie is polyamide (PA) of nylon met een Vicat Softening Point net boven 200°C (PolyJARID, z.d.). Nylon staat ook in Tabel 2 met de geteste materialen door Felfil.
17
3.2.4 Voetsteun
De voetsteun (zie Figuur 17) is net als de hopper ge-3D-print met het materiaal PETG. Het dient om de basiskit op een bepaalde hoogte van de bodemplaat te houden zodat die laatste voldoende afstand houdt van de hete smeltkamer (en isolatie).
Figuur 17: Voetsteun
3.3 Concept 2: houten kooi
Figuur 18: Tweede concept van de behuizing (zonder basiskit)
Het tweede concept omvat een behuizing met een houten kooi rond de smeltkamer van de basiskit. In Figuur 16 wordt de zelf ontworpen behuizing weergegeven zonder de basiskit. Alle componenten van concept 2 met bijhorende materialen, gewichten en aantallen staan opgesomd in Tabel 5. Concept 2 bevat net als concept 1 drie voetsteunen en worden op dezelfde wijze vervaardigd.
18
Tabel 5: Componenten van concept 2 met bijhorende materialen en gewichten
Onderdeel Materiaal Gewicht (g) Aantal Hopper (zie Tabel 3) PETG 87,2 Bovenwand Dennenhout 33,5 1 Zijwand Dennenhout 25,2 1 Achterwand Dennenhout 25,0 1 Kabelwand Dennenhout 32,8 1 Plexiwand PMMA 64,7 1 Plaatje1 Staal 5,7 2 Plaatje2 Staal 7,6 2 Pin Roestvast staal 304 1,8 2 Bodemplaat Dennenhout 148,5 1 Bovenwand Dennenhout 63,8 1 Zijwand Dennenhout 75,1 2 Voorwand Dennenhout 34,4 1 Voetsteun PETG 1,9 3 Isolatie smeltkamer Rotswol 50,6 1 Insert M4 Messing 0,8 12 Houtblokje Dennenhout 0,8 10 Houtlijm Polyvinylacetaat 0,6 1 Totaal behuizing 2 682,8 Basiskit (zie Tabel 1) 1957,6 Totaal assemblage 2 2727,6
3.3.1 Elektronicabox
De elektronicabox (zie Figuur 19) is een kleine ruimte waarin al de nodige elektronica en bedrading wordt gemonteerd. Het heeft vier wanden uit dennenhout en is opgebouwd met tandverbindingen. Een tandverbinding bestaat uit twee panelen die beide in elkaar passende tanden hebben (de Jong, z.d.). Het beperkt aantal tanden heeft als nut om de opbouw te vergemakkelijken vooraleer de wanden worden gefixeerd met verankeringen. Verder heeft de elektronicabox een wand uit polymethylmethacrylaat (PMMA) of plexiglas die met twee scharnieren is bevestigd aan de bovenwand. De keuze van het plexiglas is gebaseerd op de goede transparantie en de lage massadichtheid.
19
Figuur 19: Elektronicabox
De kabelwand heeft twee openingen die voorzien zijn voor de kabels of draden van de thermokoppels. Deze wand is de scheiding tussen de elektronicabox en de houten kooi die de basiskit afschermt. In Figuur 20 is te zien dat er een houten blokje met twee boringen in is vastgelijmd aan de kabelwand. In de boringen worden inserts aangebracht die zowel de kabelwand en de bovenwand vastzetten. Het blokje is op deze manier vastgelijmd zodat het de bovenwand beter ondersteund.
Figuur 20: Kabelwand
In de wand tegenover de kabelwand zit een opening die voorzien is voor de draden naar de voeding en naar de motor (zie Figuur 19). De twee scharnieren worden aangekocht en besproken in 3.4.4.
3.3.2 Houten kooi
De houten kooi (zie Figuur 21) omvat vier wanden uit dennenhout: een bovenwand, een voorwand en twee zijwanden. De wanden zijn net zoals de elektronicabox ontworpen met tandverbindingen voor een vlottere montage. Zowel in de zijwanden als in de voorwand zijn elk twee verzonken boringen voorzien om de gehele houten kooi te verankeren. In de voorwand is er een opening voorzien waar het gesmolten plastic uit de extruder zal komen.
20
Figuur 21: Houten kooi
De bovenwand is iets complexer ontworpen dan de andere wanden. Er zijn vijf gleuven voorzien boven de smeltkamer van de basiskit zodat een deel van de warmte kan ontsnappen en de binnenkant van de kooi wat kan verluchten. Er is een opening gemaakt zodat er plaats is voor de hopper. Bij het verwijderen van het bovenste deel van de tweedelige hopper ontstaat er een opening tussen de bovenwand en de stalen ondersteuning van de hopper. Deze opening wordt afgesloten met een U-vorm bestaande uit drie houten blokjes (zie Figuur 22) zodat de hete smeltkamer niet binnen handbereik ligt.
Figuur 22: Houten afscherming van de bovenwand (bovenstuk hopper weggenomen)
3.3.3 Bodemplaat
De bodemplaat is gemaakt uit dennenhout en ondersteunt de gehele behuizing en de basiskit. In Figuur 23 is te zien dat er vier verzonken boringen zijn gemaakt. Hiernaast zijn tien gleuven gefreesd voor de tanden van zowel de houten kooi als de elektronicabox.
21
Figuur 23: Onderzijde van de bodemplaat
3.3.4 Verankering
In totaal zijn er tien verankeringen die ervoor zorgen dat de houten kooi en de elektronicabox vastgezet worden. De verankering (zie Figuur 24) bestaat uit een dennenhouten blokje met een niet- doorlopende of blinde boring waarin een insert wordt gemonteerd. De inserts worden gebruikt zodat demontage mogelijk is.
Figuur 24: Verankering
Op basis van de warmteberekening in 3.1.2 wordt de buitenzijde van de houten wanden maximaal 56,6°C. Aan de binnenzijde waar de verankeringen worden vastgelijmd, bedraagt deze temperatuur 63,4°C op de plaatsen met de kortste afstand tussen de isolatie en de binnenwand (zie temperatuur T3 in Bijlage D). De verankeringen worden zo ver mogelijk van de smeltkamer gelijmd (specifiek voor de voorwand van de houten kooi) om minder te worden blootgesteld aan de hitte.
22
3.4 Aangekochte onderdelen
Voor beide concepten zijn heel wat componenten ontworpen die door de eindgebruiker zelf kunnen worden geproduceerd of vervaardigd. Naast deze componenten worden standaardonderdelen gebruikt die gemakkelijk zijn aan te kopen. De isolatie rond de smeltkamer, een specifiek type insert en cilindrische pen zijn enkele voorbeelden die in deze paragraaf worden besproken.
3.4.1 Isolatie rond smeltkamer (concept 1 en 2)
De smeltkamer bereikt temperaturen tot 250°C en is onafgeschermd enorm gevaarlijk voor de gebruiker om brandwonden op te lopen. Een eerste laag van bescherming is de isolatie die aansluit rondom de smeltkamer. De isolatie heeft de vorm van een holle buis, moet goed hittebestendig zijn en mag niet loskomen van de smeltkamer. De NOMA®WOOL ALU rotswol van het bedrijf NMC is een van de weinige buisisolaties die aan alle voorwaarden voldoet. Rondom de rotswol is een met een raster versterkte aluminiumfolie bevestigd. Een hittebestendige zelfklevende band op de binnenzijde van de aluminiumfolie houdt de isolatie op zijn plaats (zie Figuur 25). De isolatie heeft een temperatuurbereik tot 250°C en is nauwelijks ontvlambaar.
Figuur 25: NOMA®WOOL ALU rotswol isolatie (NMC, z.d.)
Naast het bestand zijn tegen hoge temperaturen, laat de isolatie ook weinig warmte door wegens de lage warmtegeleidingscoëfficiënt. Volgende gegevens zijn bekend: 0,032 W/(mK) bij 0 °C 0,037 W/(mK) bij 40 °C 0,055 W/(mK) bij 150 °C
De smeltkamer kan echter temperaturen van 250°C bereiken. Om de warmtegeleidingscoëfficiënt in W/(mK) te kennen bij deze temperatuur wordt er geëxtrapoleerd met behulp van de waarden bij temperaturen 40°C en 150°C. Het verband tussen de warmtegeleidingscoëfficiënt en de temperatuur is nagenoeg lineair. Na extrapolatie wordt een waarde van 0,071 W/(mK) bekomen.
De buitendiameter van de smeltkamer bedraagt 45 mm. Voor de aan te schaffen isolatie wordt een binnendiameter van 48 mm gekozen omdat deze de best passende is. De dikte van de isolatie bedraagt 20 mm. De isolatie wordt in beide concepten van de behuizing gebruikt. (NMC, z.d.)
23
3.4.2 Cilindrische pen (concept 1)
De 3D-geprinte hopper kan eenvoudig verwijderd en teruggeplaatst worden op de voedingszone. Om de plaatsing van de hopper te vergemakkelijken en positie te verzekeren, worden twee cilindrische pennen verticaal in de bijhorende boringen in de voedingszone gemonteerd. De hopper heeft twee identieke boringen om over de twee pennen geplaatst te worden. Het is de bedoeling om de pennen in de voedingszone te kloppen of te klemmen zodat de pennen blijven zitten bij het plaatsen en verwijderen van de hopper.
In de digitale catalogus met bevestigingsmaterialen van Fabory staan enkele soorten cilindrische pennen. Voor dit concept wordt de cilindrische pen met tolerantieveld m6 gekozen (zie Figuur 26). In het eenheidsgatstelsel is dit een overgangspassing of een passing met een mogelijke positieve of negatieve speling. De passing neigt eerder naar een klempassing wat gewenst is. De pen heeft een diameter van 2 mm en een lengte van 5 mm. (Fabory, z.d.)
Figuur 26: Cilindrische pen m6 (Fabory, z.d.)
3.4.3 Insert type E (concept 2)
De houten behuizing wordt vastgezet met verankeringen die bestaan uit een houten blokje en een insert. Het eenvoudig en meermaals demonteren van het geheel is mogelijk met het gebruik van inserts. In de digitale catalogus met bevestigingsmaterialen van Fabory staan drie types van inserts (C, D en E) waaruit het type E wordt gekozen voor het concept. In de catalogus staat Tabel 6 met technische gegevens van de insert type E.
Tabel 6: Technische gegevens van insert type E
d M3 M4 P 0,5 0,7 m2 8 8 Boordiameter 4,7 5,6
Figuur 27: Insert type E (Fabory, z.d.)
24
De keuze gaat naar de metrische maat M4 met boordiameter 5,6 mm en boordiepte 8 mm. De insert type E is zeer geschikt voor dit concept omdat het een snelle en goedkope manier is om een sterke metrische schroefdraad aan te brengen in zachte materialen, bij voorkeur in hout. Het materiaal waaruit de insert bestaat, is messing en het is gemaakt voor meermalige demontage. In Figuur 27 worden de twee rijen tandjes weergegeven die zich tijdens het inschroeven zullen verankeren in de gemaakte boring. Een bijkomend voordeel is dat de verbinding zelfborgend is tegen trillingen en schokken. (Fabory, z.d.)
3.4.4 Scharnier (concept 2)
Voor de opbouw van de elektronicabox zijn twee scharnieren nodig om de wand uit plexiglas te bevestigen aan de bovenwand. Hiervoor worden twee stalen scharnieren aangekocht van Elesa+Ganter, een wereldwijde onderneming met een van de breedste assortimenten aan standaard machine-elementen voor de mechanische industrie (Elesa+Ganter, 2018). De stalen scharnieren zijn 30 mm lang en breed en zijn van het type B (zie Figuur 28). De pen is vervaardigd uit roestvast staal van het type 304. Dit is een vaak voorkomende soort van roestvast staal en bevat 18% chroom.
Figuur 28: Scharnier GN 136 type B
3.4.5 Lijm (concept 2)
Om de behuizing van concept 2 te kunnen vastzetten, zijn verankeringen voorzien die zowel de houten kooi als de elektronicabox samenhouden. Deze verankeringen bestaan zoals eerder vermeld uit een messing insert van het type E en een massief blokje hout waarin een blind gat wordt geboord. De verankeringen moeten zelf ook bevestigd worden en daar komt de lijm van pas. De lijm is de verbinding van de verankering met ofwel de bodem ofwel de bovenwand van de houten kooi of de elektronicabox. Er zijn veel verschillende soorten lijmen, maar hieronder worden twee toepasbare lijmen besproken.
3.4.5.1 Loctite sneldrooglijm
Sneldrooglijm is ook bekend als cyanoacrylaat. Chemische stoffen met het prefix ‘cyano-‘ bevatten een nitrilgroep -C≡N. Deze groep heeft een drievoudige binding tussen het koolstof- en stikstofatoom. Het is mogelijk dat uit het cyanoacrylaat het zeer toxische CN−-cyanide-ion voortkomt. Bij contact met de huid kan deze beschadigd worden tijdens het verwijderen van de lijm. Bij het inademen van de dampen van de lijm kunnen de luchtwegen geïrriteerd worden. (Nitril, 2018)
25
Eerst moet de hoeveelheid lijm bepaald worden. Hierbij wordt rekening gehouden met hoeveel oppervlakte één vrije uitvaldruppel lijm beslaat en welk gewicht overeen komt met het aantal nodige druppels. Bij het samendrukken van de houten oppervlakken, zal één druppel zich uitspreiden tot een schijf met diameter 2,5 cm (Duursma, 2018). De oppervlakte van de schijf is dan: 2,5 푐푚 2 휋 ∗ ( ) = 4,9 푐푚² 2 Een andere bron (Loctite, z.d.) vermeldt dat de druppeloppervlakte 6,5 cm² bedraagt, maar voor de berekening hier wordt uitgegaan van de kleinste oppervlakte van 4,9 cm².
Om vervolgens het aantal druppels te kennen, wordt de totale contactoppervlakte berekend. Deze oppervlakte omvat het contact van één wand van elk van de tien kleine verankeringen, de lange verankering tegen de kabelwand van de elektronicabox, de afscherming tegen de bovenwand van de houten kooi.
De contactoppervlakte bedraagt: 10 ∗ (2 푐푚 ∗ 1 푐푚) + 9 푐푚 ∗ 1 푐푚 + 8,4 푐푚² = 37,4 푐푚² Hierdoor bedraagt het benodigde aantal druppels lijm: 37,4 푐푚2 = 7,6 푑푟푢푝푝푒푙푠 4,9 푐푚2 Tussen de 25 en de 35 vrije uitvaldruppels lijm komen overeen met één gram (Duursma, 2018). Stel dat er gemiddeld 30 druppels per gram zijn, dan bedraagt het nodige gewicht aan lijm: 7,6 푑푟푢푝푝푒푙푠 = 0,25 𝑔 푑푟푢푝푝푒푙푠 30 𝑔 Ten slotte wordt de temperatuurbestendigheid van de lijm bekeken. De ene bron vermeldt dat de universele lijm Loctite 401 bestand is tegen temperaturen tot 80°C (Henkel, 2010) terwijl andere bronnen 120°C meedelen (Duursma, 2018; Henkel, z.d.). Aangezien de lijm hoge temperaturen dicht bij de smeltkamer aan moet kunnen, is de meest veilige optie rekening te houden met de temperatuur tot 80°C. Deze temperatuur is voldoende hoog aangezien de maximale temperatuur aan de binnenzijde van de houten wanden maximaal 63,4°C zal bedragen (zie 3.3.4).
3.4.5.2 Houtlijm
Superlijm of methyl-2-cyanoacrylaat is niet terug te vinden in de gebruikte bibliotheken in SimaPro voor de analyse in hoofdstuk 5. Een alternatief voor de superlijm is houtlijm of polyvinylacetaat. Deze lijm is opgebouwd uit andere stoffen die een afwijkende uitkomst na impactberekening kan geven, maar is echter wel terug te vinden in de gebruikte bibliotheken in SimaPro als vinylacetaat.
De contactoppervlakte is dezelfde als deze in vorige paragraaf en bedraagt 37,4 cm². Voor assemblage heeft de houtlijm een dichtheid van 150 tot 180 g/m² waarvoor een gemiddelde van 165 g/m² wordt gekozen (Rectavit, 2019). Het nodige gewicht aan lijm bedraagt: 𝑔 37,4 ∗ 10−4 푚2 ∗ 165 = 0,62 𝑔 푚²
26
Dit gewicht wordt afgerond naar 0,6 g en wordt meegegeven in SimaPro om de impact ervan te bepalen. De lijm heeft een temperatuurbestendigheid tot 70°C wat ook hoger is dan maximale temperatuur van 63,4°C van de behuizing.
3.4.5.3 Lijmkeuze
Aangezien de sneldrooglijm of een variant ervan niet terug te vinden is in de bibliotheken van SimaPro wordt de houtlijm gebruikt voor de impactberekening in dit project. In de praktijk zal eerder voor de sneldrooglijm worden geopteerd omdat deze veel sneller droogt en beter bestand is tegen hoge temperaturen.
27
4 VEILIGHEID EN NORMEN
Eén van de doelstellingen is het introduceren van de extruder op scholen in het secundair onderwijs. Hierdoor komen niet enkel volwassenen maar ook (jong)adolescenten in contact met de extruder. Dit maakt het noodzakelijk om rekening te houden met bepaalde normen. Er dienen ook strenge veiligheidsmaatregelen genomen te worden voor het ontwerp en het gebruik van zowel de extruder als de behuizing. Volgende normen zijn van toepassing op beide concepten.
4.1 NBN EN ISO 13732-1 (2009)
De norm NBN EN ISO 13732-1 is een geregistreerde Belgische norm uitgebracht in 2009 die de norm ISO 13732-1:2006 vervangt en luidt als volgt:
“Ergonomie van de thermische omgeving – Methoden voor het bepalen van menselijke reacties bij het aanraken van oppervlakken – Deel 1: Warme oppervlakken (ISO 13732-1:2006)” (NBN EN ISO 13732-1, 2009)
De behuizing van de extruder kan hoge temperaturen aannemen, maar mag een bepaalde temperatuur niet overschrijden. Stel dat een heel heet voorwerp voor een fractie van een seconde wordt aangeraakt. Er zal geen blijvend letsel zijn in tegenstelling tot het vasthouden van hetzelfde voorwerp gedurende tien seconden. De contacttijd speelt hier ook een belangrijke rol omdat dat deze samen met de temperatuur de warmteoverdracht van het voorwerp naar de huid bepaalt. De hoeveelheid warmteoverdracht bepaalt hoe ernstig de verwonding kan zijn.
Bij het toepassen van de norm wordt er van uitgegaan dat een opgestelde installatie van een extruder niet met opzet wordt aangeraakt. Het is immers een gegeven dat de behuizing warm wordt en dat daarom opzettelijk contact is uitgesloten. Onopzettelijk contact kan echter wel voorkomen. Hierbij vermeldt de norm dat voor zowel gezonde volwassenen als kinderen de minimale contacttijd 1 seconde duurt. Voor volwassenen wordt een minimale contacttijd van 4 seconden gekozen in omstandigheden die het bewegingsgemak beperken. Bij kinderen kan een langere reactieduur dan 1 seconde verwacht worden vanwege hun leeftijd. In dat geval wordt een contacttijd van 4 seconden of langer verwacht. Deze tijd wordt als strengste voorwaarde gekozen bij het bepalen van de maximale temperatuur van het voorwerp.
De behuizing bestaat uit verschillende materialen zoals aluminium, staal, hout en plastic. Voor enkele algemene materialen zijn in de norm grafieken opgemaakt met een temperatuurdrempel voor brandwonden voor contacttijden tussen 0,5 en 10 seconden.
4.1.1 Concept 1
In het eerste concept bestaat de behuizing rond de smeltkamer uit aluminium die voor de helft doorlatend is. Figuur 29 geeft de spreiding van de temperatuurdrempel voor brandwonden weer
28
wanneer de huid in contact komt met een heet, glad oppervlak van onbekleed metaal. De aluminium behuizing wordt beschouwd als een glad metaaloppervlak.
Figuur 29: Spreiding van de brandwonddrempel wanneer de huid in contact komt met een heet, glad metalen oppervlak (NBN EN ISO 13732-1, 2009)
Om de kans op brandwonden minimaal te houden wordt de onderste van de twee curven gebruikt voor de berekeningen. Een contacttijd van 1 seconde komt overeen met een temperatuur van 64°C en een tijd van 4 seconden met 58°C. Door de tijd van 4 seconden als strengste voorwaarde te kiezen, mag de behuizing maximaal een temperatuur bedragen van 58°C.
4.1.2 Concept 2
De tweede behuizing rond de smeltkamer bestaat uit hout. Figuur 30 geeft de spreiding van de temperatuurdrempel voor brandwonden weer wanneer de huid in contact komt met een heet, glad houten oppervlak. Het valt op dat de temperatuurdrempel beduidend hoger ligt ten opzichte van deze bij een metalen oppervlak. Dit komt door de veel lagere warmtegeleidingscoëfficiënt van hout.
29
Figuur 30: Spreiding van de brandwonddrempel wanneer de huid in contact komt met een heet, glad houten oppervlak (NBN EN ISO 13732-1, 2009)
Ook hier wordt de onderste van de twee curven gebruikt voor de berekeningen. Bij een contacttijd van 4 seconden mag de houten behuizing maximaal 95°C bedragen om blijvende letsels te vermijden. Er wordt echter voor dezelfde temperatuur als het eerste concept gekozen en die bedraagt 58°C. Dit wordt gedaan voor extra veiligheid en omdat voor de houten behuizing lijm wordt gebruikt die zo een hoge temperaturen niet verdraagt.
4.2 NBN EN ISO 13857 (2008)
De norm NBN EN ISO 13857 is een geregistreerde Belgische norm uitgebracht in 2008 en luidt als volgt:
“Veiligheid van machines – Veiligheidsafstanden ter voorkoming van het bereiken van gevaarlijke zones door de bovenste en onderste ledematen (ISO 13857:2008)” (NBN EN ISO 13857, 2008)
De norm beschrijft veel verschillende mogelijkheden om een gevaarlijke zone te bereiken. Het reiken door openingen met de bovenste ledematen is van toepassing voor de extruder. De norm bevat hiervan tabellen met veiligheidsafstanden zowel voor kinderen vanaf 3 jaar als voor kinderen vanaf 14 jaar. Rekening houdend met de doelstelling waarbij het mogelijk is dat kinderen vanaf ongeveer 12 jaar in contact kunnen komen met de extruder, worden uit voorzorg de veiligheidsafstanden voor kinderen vanaf 3 jaar gebruikt (zie Tabel 7). De tabel met veiligheidsafstanden voor kinderen vanaf 14 jaar wordt niet gebruikt, maar is te vinden in Bijlage E.
30
Tabel 7: Het reiken door vaak voorkomende openingen voor personen van 3 jaar en ouder (NBN EN ISO 13857, 2008)
Het aanraken van de warme behuizing rond de smeltkamer wordt hier niet als gevaarlijk beschouwd door de norm beschreven in vorige paragraaf. De behuizing heeft echter enkele openingen die voldoende klein moeten zijn. Vervolgens wordt de stalen ondersteuning van de hopper als gevaarlijke zone beschouwd omdat die een te hoge temperatuur kan aannemen. Als laatste kan de schroef worden bereikt doorheen de opening van de hopper.
4.2.1 Concept 1
Het rooster dat de hopper afdekt, heeft gleuven van 8 mm breed. Voor een kind van 3 jaar en ouder stelt de norm dat voor dergelijke openingen een minimale veiligheidsafstand van 40 mm moet voorzien zijn (zie Tabel 7). In Figuur 31 is zichtbaar dat de afstand tussen de bovenkant van het rooster en de schroef ongeveer 60 mm bedraagt zodat er ruim aan de norm wordt voldaan.
31
Figuur 31: Breedte van de roostergleuven (links, bovenaanzicht) en veiligheidsafstand tot schroef (rechts, zijaanzicht)
4.2.2 Concept 2
Net als in het eerste concept is de schroef niet volledig afgeschermd. In het tweede concept wordt het tweedelige hopperontwerp van Felfil gebruikt. Het bovenste deel van de hopper heeft gleuven van ongeveer 13,6 mm breed en 60 mm lang. Voor kinderen van 3 jaar en ouder is een veiligheidsafstand van 900 mm noodzakelijk zoals te zien is in Tabel 7 omdat de gleuflengte groter is dan 40 mm. De afstand tussen de gleuven en de schroef wordt weergegeven in Figuur 32 en voldoet daarmee niet aan de norm.
Figuur 32: Breedte van de gleuven (links, bovenaanzicht) en veiligheidsafstand tot schroef (rechts, zijaanzicht)
Naast de hopperopening is de stalen ondersteuning van de hopper te bereiken via de elektronicabox. De wand van de elektronicabox die zich het dichtst bij de basiskit bevindt, heeft twee verticale gleuven die voorzien zijn voor de kabels en thermokoppels. De stalen ondersteuning van de basiskit kan temperaturen bereiken tot 150°C. Voor een breedte van 8 mm van de gleuven moet een minimale veiligheidsafstand van 40 mm worden voorzien tussen de binnenkant van de elektronicabox en de
32
stalen ondersteuning (zie Tabel 7). Figuur 33 laat zien dat de afstand meer dan 44 mm bedraagt en dat hiermee wordt voldaan aan de norm.
Figuur 33: Veiligheidsafstand tussen binnenzijde elektronicabox en stalen ondersteuning
Tot slot zijn in de houten behuizing boven de smeltkamer vijf gleuven aangebracht om een deel van de hitte te laten ontsnappen. In Figuur 34 is te zien dat de gleuven 4 mm breed zijn. Hiervoor geldt een minimale veiligheidsafstand van 2 mm (zie Tabel 7). De houten wand is 5 mm dik zodat het niet mogelijk is om de binnenzijde van de behuizing te bereiken en aan de norm wordt voldaan.
Figuur 34: Breedte van de gleuven in de bovenwand van de houten kooi
4.3 NBN EN ISO 7010 (2012)
De norm NBN EN ISO 7010 is een geregistreerde Belgische norm uitgebracht in 2012 en luidt als volgt:
“Grafische symbolen - Veiligheidskleuren en -tekens - Geregistreerde veiligheidstekens (ISO 7010:2011)” (NBN EN ISO 7010, 2012)
33
Aangezien met een machine wordt gewerkt waarvan de behuizing gevoelig warm wordt, dienen veiligheidstekens of –stickers geplakt te worden op deze behuizing. Zowel bij concept 1 als bij concept 2 wordt de sticker van het type W017 (zie Figuur 35) geplakt op de boven- en zijwanden van de aluminium en houten kooi. Op de voorwand naast het mondstuk moet een teken plakken van het type P010 (zie Figuur 35). Het is niet de bedoeling om met de blote handen gesmolten polymeer vast te nemen. Hiervoor worden handschoenen gebruikt.
Figuur 35: Veiligheidsstickers type W017 (links) en type P010 (rechts)
34
5 IMPACTANALYSE IN SIMAPRO
Een van de doelstellingen van deze thesis is het ecologisch aspect van duurzaamheid te verwerken in het educatief pakket ontworpen om leerlingen te sensibiliseren voor circulaire economie. Concreet is het de bedoeling dat scholen de extruder van Felfil bouwen vanuit de Evo Basic Kit (of basiskit) en experimenteren met het sluiten van de materiaallus van plastic om op die manier het bewustzijn over circulaire economie, het gebruik van materialen en de impact van acties (en keuzes) van mensen te vergroten. Hoe kunnen we hierbij leerlingen laten inzien dat alles wat ze doen en elke keuze die ze maken consequenties heeft voor de maatschappij en het milieu? In dit hoofdstuk wordt daartoe een levenscyclusanalyse (LCA) uitgevoerd op de twee verschillende behuizingen die ontworpen werden. In het bijzonder wordt een vergelijkende studie gemaakt van de productie respectievelijk van de afvalscenario’s van beide behuizingen en wordt de opbouw van deze analyses gedocumenteerd met aanvullende milieu-informatie. Bij de analyses wordt er ondersteld dat in middelbare scholen het ontwikkelen van de onderdelen van de basiskit van Felfil niet haalbaar is, maar dat de basiskit wordt aangekocht terwijl de onderdelen van de behuizing in de mate van het mogelijke wel zelf gemaakt kunnen worden. Het LCA-type dat wordt gekozen is een ‘Internal LCA’. De gebruiksfase wordt hierbij niet in rekening gebracht omdat het een vergelijkende studie is tussen twee extruders met dezelfde basiskit en omdat er data ontbreekt van de energie-input en het materiaalgebruik. Van de basiskit zelf wordt ook een LCA gemaakt voor het bepalen van optimalisatiemogelijkheden qua design en materiaalgebruik. De bekomen resultaten kunnen meegegeven worden aan de scholen voor de bewustwording van bepaalde impacten. De ontwerper Felfil kan hier ook beroep op doen voor hun eigen ontwerpen. Het project in SimaPro heeft als naam “Vergelijking_assembly1&2_extruder”.
5.1 Opstellen van de impactanalyse
Bij het opstarten van het project worden volgende bibliotheken aangevinkt: “Methods”, “Industry 2.0”, “ELCD” en “Ecoinvent 3 – allocation, cut-off by classification – system”. Deze laatste bibliotheek wordt gekozen omdat het cut-off by classification system model gebruik maakt van een beperkt aanbod van producten. Het product kan dus niet altijd worden voorzien, ook al is het schaars.
Er zal gebruik gemaakt worden van volgende drie methodes om de impact te bepalen: ILCD Midpoint+ methode (EU27 2010, equal weighting) IPCC 2013 GWP 20a methode ReCiPe Endpoint methode
De ILCD methode wordt gratis aangeboden wat handig kan zijn voor educatieve doeleinden. De IPCC methode geeft enkel de impact weer in kg CO2-equivalent (of koolstofdioxide). Het is daardoor een vrij eenvoudige methode die ook voor educatieve doeleinden kan ingezet worden. De derde methode heeft factoren die vanuit drie verschillende culturele perspectieven bekeken kunnen worden. De drie verschillende perspectieven zijn (PRé Sustainability, z.d.): Individualist: korte termijn, optimistisch dat technologie veel toekomstige problemen kan voorkomen.
35
Hiërarchist: het consensus model, dat vaak voorkomt in wetenschappelijke modellen. Dit model wordt beschouwd als het standaardmodel en zal verder in dit hoofdstuk ook gekozen worden. Egalitair: lange termijn gebaseerd op het denken aan de hand van voorzorgsprincipes.
5.1.1 Basiskit
Voor de basiskit zijn onderstaande de componenten en afvalscenario’s in SimaPro toegevoegd.
Figuur 36: Tabel van de basiskit van Felfil
Figuur 37: Tabel met de afvalscenario's van de basiskit
5.1.2 Concept 1
Voor het eerste concept van een behuizing zijn onderstaande componenten en afvalscenario’s in SimaPro toegevoegd. De begingewichten om mee te geven in SimaPro zijn allemaal berekend met behulp van excel. De berekeningen hiervan zijn terug te vinden in Bijlage F.
36
Figuur 38: Tabel van assembly behuizing 1
Figuur 39: Tabel met de afvalscenario's van behuizing 1
5.1.3 Concept 2
Voor het tweede concept van een behuizing zijn onderstaande de componenten en afvalscenario’s in SimaPro toegevoegd. De berekening van de begingewichten zijn terug te vinden in Bijlage G.
Figuur 40: Tabel van assembly behuizing 2 (rechts met meerdere subassemblages)
37
Figuur 41: Tabel met de afvalscenario's van behuizing 2
5.1.4 Berekeningen voor bepaalde processen
Enkele processen vergen enig wat rekenwerk vooraleer deze in SimaPro kunnen worden ingegeven.
5.1.4.1 3D-printen van PETG
Naast de basiskit zat ook een vierdelige case en een tweedelige hopper in het stp-bestand van Felfil. Al deze onderdelen zijn gemaakt uit PETG en worden ge-3D-print. Deze optie is helaas niet aanwezig in SimaPro. Een alternatief hiervoor is het gebruiken van de hoeveelheid energie die een 3D-printer verbruikt om een bepaald stuk te printen. De iets uitgebreidere berekeningen zijn terug te vinden in Bijlage H.
Dit eindwerk omvat een zelfbouwpakket van een extruder waardoor wordt gekeken naar de ‘goedkopere’ modellen van 3D-printers. Uit onderzoek blijkt dat het printen van 20 huishoudelijke producten ongeveer 2,6 kWh aan energie verbruikt (Business Insider Nederland, 2013; Llowlab, 2014). Er is echter geen informatie te vinden over de producten zelf zoals het volume dus wordt geopteerd om enkele bestaande 3D-printers te vergelijken. Op de website tweakers.net zijn testresultaten terug te vinden van vier 3D-printers van ongeveer 300 euro (Hulsebosch, 2017) en van vijf andere 3D-printers goedkoper dan 1000 euro (Hulsebosch & de Moor, 2017). Uit deze resultaten worden het vermogen en de printtijd bekomen (zie Tabel 8) om uiteindelijk de gemiddelde hoeveelheid aan energie te bepalen. De printtijden zijn vastgelegd aan de hand van het printen van een massieve kubus met ribbe 20 mm. Het volume van de kubus bedraagt dan 8000 mm³ of 8 cm³.
38
Tabel 8: Gemiddeld vermogen en gemiddelde printtijden van verschillende 3D-printers
3D-printer Vermogen (W) Tijd hoog detail (min) Tijd laag detail (min) 1 57 102 15 2 38 50 12 3 59 40 9 4 16 145 20 5 96 93 21 6 61 124 17 7 187 33 26 8 43 35 8 9 57 43 17 Gemiddelde: 68,2 73,9 16,1
Het gemiddelde vermogen van de negen 3D-printers bedraagt 68,2 W. Om de printtijd te bepalen, wordt het gemiddelde genomen van de printtijden van het hoog en laag gedetailleerd printen van de kubus. Deze gemiddelde printtijd bedraagt 45 minuten. De energie die nodig is om een kubus van 8 cm³ te printen bedraagt: 45 푚𝑖푛 68,2푊 ∗ = 51,2 푊ℎ 푚𝑖푛 60 ℎ Voor het printen van 1 cm³ is dan 6,4 Wh aan energie nodig. In Tabel 9 zijn de volumes terug te vinden van de geprinte onderdelen met de berekende benodigde energie in wattuur per stuk. Deze energiewaarden worden in SimaPro voor elk onderdeel meegegeven bij het proces “Elektriciteit, laagspanning (BE)”.
Tabel 9: Benodigde energie voor het 3D-printen van onderdelen
Extruder Onderdeel Volume (cm³) Energie (Wh) 1 Case Felfil 153,2 980,3 1 Voetsteun 1,2 7,6 1 Hopper 44,7 285,8 2 Hopper Felfil 68,6 439,3 2 Voetsteun 1,5 9,6
5.1.4.2 Boren van gaten in hout of plastic
In SimaPro zijn er processen terug te vinden om bewerkingen te doen in metaal zoals boren, frezen en draaien. Voor materialen zoals hout en plastic zijn deze processen niet aanwezig. Daarom wordt geopteerd om elektriciteit als energiebron te gebruiken om deze bewerkingen uit te voeren.
Om een nauwkeurig beeld te krijgen van hoeveel energie elke bewerking verbruikt, wordt het online adviesprogramma voor gereedschappen van Dormer geraadpleegd (Dormer Pramet, z.d.). Voor alle bewerkingen wordt 8.1 Thermoplasten (max 50 N/mm²) als materiaalgroep gekozen omdat er met hout en plastic gewerkt wordt. Indien het specifieke materiaal in de materiaallijst staat, wordt dit
39
geselecteerd. Een voorbeeld van een volledige berekening met behulp van Dormer wordt toegepast op de teflonisolatie van de basiskit. De andere berekeningen zijn analoog en zijn samen met de bijhorende info van de gereedschappen van Dormer terug te vinden in Bijlage I.
De teflonisolatie heeft drie kleine gaten (diameter 4,5 mm) en een groot gat (diameter 19 mm) die 10 mm diep zijn en doorheen de isolatie gaan. Voor beide boringen wordt een boor gezocht in de tool van Dormer. Voor de tool voor de boring van 4,5 mm (zie Figuur 42) wordt de volgende energiehoeveelheid bekomen voor één boring: E = 483 W * (0,31/3600) h = 0,04 Wh Voor 3 boringen geeft dit 0,12 Wh aan energie.
Voor de tool voor de boring van 19 mm (zie Figuur 43) wordt de volgende energiehoeveelheid bekomen voor één boring: E = 1610 W * (1,65/3600) h = 0,74 Wh Voor 3 boringen geeft dit 0,74 Wh aan energie. In totaal wordt er 0,86 Wh aan energie verbruikt voor de teflonisolatie.
Figuur 42: Boor voor teflonisolatie (diameter 4,5mm)
40
Figuur 43: Boor voor teflonisolatie (diameter 19mm)
41
5.2 Impactanalyse van de basiskit van Felfil
Hier worden de drie methodes gebruikt om de impact te bepalen van de basiskit van Felfil. Enkele aanvullende screenshots zijn terug te vinden in Bijlage J.
5.2.1 ILCD Midpoint+ methode (EU27 2010, equal weighting)
5.2.1.1 Totale milieu-impact (in Pt)
Figuur 44: ILCD, totale milieu-impact in Pt
De totale milieu-impact in points (Pt) is weergegeven in Figuur 44. Het totale aantal points van de basiskit bedraagt 0,0578 Pt. Het valt duidelijk op dat het verwerken van zowel het zink als het koper bij de afvalscenario’s het grootste aandeel hebben. Het produceren van zowel het mondstuk uit messing als de smeltkamer uit aluminium hebben het grootste aandeel binnen de assemblage. In Figuur 45 zijn de bijdragen per proces te zien. Het materiaal met de grootste impact is messing en het proces met de grootste impact is verwerken van het koper.
Figuur 45: ILCD, bijdrage per proces voor de enkelvoudige score
42
5.2.1.2 Materiaal of proces met grootste impact op het klimaat (in CO2 eq)
In Figuur 46 valt duidelijk op dat het gieten van het aluminium het proces is met de grootste impact op het klimaat. De smeltkamer is dan ook een grote component van de basiskit. Het materiaal met de grootste impact op het klimaat is het PTFE of de teflonisolatie. Bij ontleding van teflon boven 250°C komen er schadelijke stoffen vrij wat kan wijzen op een grote impact op het klimaat De materialen staal en aluminium volgen niet veel later omdat deze in grote hoeveelheden worden gebruikt.
Figuur 46: ILCD, bijdrage per proces voor de impact op het klimaat
5.2.2 IPCC 2013 GWP 20a: totale impact op het klimaat (in kg CO2-eq)
Figuur 47: IPCC 2013 GWP 20a, netwerk
Het GWP of global warming potential is een relatieve maat die het aardopwarmingsvermogen van een broeikasgas aangeeft en dit vergelijkt met dat van koolstofdioxide (CO2). Voor deze methode is het GWP het opwarmingsvermogen in een periode van 20 jaar van 1 kg van het gas ten opzichte van 1 kg CO2. Het totale CO2 equivalent van de basiskit bedraagt 28 kg (zie Figuur 47 en Figuur 48). Het valt op dat de smeltkamer de grootste impact heeft aangezien drie van de eerste vijf processen aluminium
43
bevatten. Het gietproces heeft veruit de grootste impact van allemaal met een waarde van 14,6 kg CO2 eq. De grote hoeveelheid staal in vergelijking met de kleine hoeveelheid teflon hebben beide ongeveer een even grote impact op het klimaat.
Figuur 48: IPCC GWP 20a, bijdrage per proces
5.2.3 ReCiPe Endpoint methode (H)
De ReCiPe Endpoint methode (H) wordt gebruikt om zowel de end- als midpointscores te bepalen. In Figuur 49 worden de drie endpointscores weergegeven voor de basiskit.
Figuur 49: Recipe (H) endpointscores
5.2.3.1 Impact op de menselijke gezondheid
De impact op de menselijke gezondheid wordt uitgedrukt in DALY’s (of Disability adjusted life years). Dit karakteriseert de ernst van de ziekte, rekening houdend met zowel sterfte (het aantal levensjaren verloren als gevolg van voortijdige dood) als morbiditeit (de tijd van leven met lagere kwaliteit door ziekte, bijvoorbeeld in het ziekenhuis).(Claus, 2018).
44
Figuur 50: Recipe Endpoint H: beperkt netwerk (cutoff 1%) van impact op menselijke gezondheid
In Figuur 50 en Figuur 51 is te zien dat opnieuw de processen om het aluminium te maken en het zink te verwerken de grootste impact hebben, maar dan nu op de menselijke gezondheid. Het materiaal met de grootste impact is ook opnieuw messing met een waarde van 1,32E-5 DALY.
Figuur 51: Recipe Endpoint H: impact op menselijke gezondheid (bijdrage per proces)
5.2.3.2 Impact op het ecosysteem
Binnen de categorie van de ecosystemen heeft de assemblage een grote impact in vergelijking met het afdankscenario. Dat is te wijten aan het gieten van het aluminium tot een solide blok dat bewerkt kan worden. Verder hebben de materialen staal, messing, teflon en aluminium een gelijke impact op de ecosystemen.
45
Figuur 52: Recipe Endpoint H: impact op ecosystemen (bijdrage per proces)
5.2.3.3 Impact op de fossiele grondstofvoorraden
Net als bij de ecosystemen heeft de assemblage een veel grotere impact in vergelijking met het afdankscenario. Opnieuw is dit te wijten aan het gietproces van het aluminium. Dit komt doordat de dataset van het gietproces uit veel deelprocessen bestaat zoals het smelten van aluminium- en legeringsingangen, gieten, ontwassen, snijden, slijpen, rechttrekken, machinaal bewerken en niet- destructief testen (NDT). Verder hebben de materialen staal en aluminium de grootste impact op de fossiele grondstofvoorraden die ongeveer gelijk zijn aan elkaar.
Figuur 53: Recipe Endpoint H: impact op fossiele voorraden (bijdrage per proces)
5.3 Vergelijking van de impacten van de ontworpen behuizingen
Hier worden de drie methodes gebruikt om de impact te bepalen van beide ontworpen behuizingen en worden deze vergeleken met elkaar. Enkele aanvullende screenshots zijn terug te vinden in Bijlage K.
46
5.3.1 ILCD Midpoint+ methode (EU27 2010, equal weighting)
5.3.1.1 Totale milieu-impact (in Pt)
Figuur 54: ILCD, bijdrage per proces voor de enkelvoudige score
In Figuur 54 worden het totale aantal points van beide behuizingen weergegeven. Behuizing 1 heeft een dubbel zo grote totale milieu-impact als behuizing 2. De impact wordt voor het grootste deel veroorzaakt door de productie van aluminium als materiaal en het verwijderen van staal met een boor als proces. Bij hebben een impact die groter is dan 0,001 Pt. Dit is logisch aangezien de eerste behuizing bijna volledig uit een aluminium doorlatende plaat bestaat. Om de voedingszone te bekomen, moet een boring met diameter 19 mm gemaakt worden, waardoor veel van het staal niet gebruikt wordt. Bij de tweede behuizing hebben de productie van messing in combinatie met het verwerken ervan de grootste impact door de inserts die worden aangeschaft.
5.3.1.2 Materiaal of proces met grootste impact op het klimaat (in CO2 eq)
In Figuur 55 valt op dat opnieuw de eerste behuizing een grotere impact heeft, dit keer dan wel op het klimaat. Ook hier wordt de impact bij de eerste behuizing voor het grootste deel veroorzaakt door de productie van aluminium, maar ook door de productie van polycarbonaat of PC voor de bodemplaat. Beide hebben een impact die groter is dan 1 kg CO2 eq. PETG aan de andere kant heeft slechts een impact van 0,162 kg CO2 eq terwijl de massa van beide plastics in de behuizing rond de 200 gram ligt. Bij de tweede behuizing is het heel nadelig om het gebruikte hout te verbranden, maar het aanschaffen van de latten hout houdt dit bijna in evenwicht. Verder heeft het produceren van de plexiglazen wand nog de grootste impact voor behuizing 2.
47
Figuur 55: ILCD, bijdrage per proces voor de impact op het klimaat
5.3.2 IPCC 2013 GWP 20a: totale impact op het klimaat (in kg CO2-eq)
Figuur 56: IPCC 2013 GWP 20a
Het totale CO2 equivalent van behuizing 1 en 2 bedragen respectievelijk 7,03 en 1,41 kg (zie Figuur 56 en Figuur 57). De eerste behuizing heeft een veel grotere impact door de materialen PC en aluminium die aanwezig zijn.
48
Figuur 57: IPCC GWP 20a, bijdrage per proces oplopend voor behuizing 1
De tweede behuizing (zie Figuur 58) heeft een veel grotere impact door het materiaal PMMA of plexiglas. De hoeveelheid energie nodig om elektriciteit op te wekken, stoot ook redelijk wat CO2 equivalent uit. De elektriciteit is nodig om alle plastics te 3D-printen, maar ook om ze te recycleren.
Figuur 58: IPCC GWP 20a, bijdrage per proces oplopend voor behuizing 2
5.3.3 ReCiPe Endpoint methode (H)
De ReCiPe Endpoint methode (H) wordt gebruikt om zowel de end- als midpointscores te bepalen. In Figuur 59 worden de drie endpointscores weergegeven voor de beide behuizingen.
49
Figuur 59: Recipe (H) endpointscores
Figuur 60: Recipe (H) endpointscores grafisch
5.3.3.1 Impact op de menselijke gezondheid
Figuur 61: Recipe Endpoint H: impact op menselijke gezondheid (bijdrage per proces)
In Figuur 61 is te zien dat voor de eerste behuizing de productie van de materialen aluminium, PC en staal het schadelijkst zijn voor de gezondheid. Voor de tweede behuizing zijn dit messing en PMMA. Verder heeft het verwerken van zink ook een vrij grote impact op de gezondheid.
50
5.3.3.2 Impact op het ecosysteem
Figuur 62: Recipe Endpoint H: impact op ecosystemen (bijdrage per proces)
Binnen de categorie van de ecosystemen hebben de materialen aluminium en PC de grootste impact op de ecosystemen. Bij het tweede concept zijn vooral de gedroogde houten latten, het PMMA en messing de boosdoeners.
5.3.3.3 Impact op de fossiele grondstofvoorraden
Figuur 63: Recipe Endpoint H: impact op fossiele voorraden (bijdrage per proces)
Binnen de categorie van de fossiele voorraden zijn opnieuw de materialen aluminium en PC degene met de grootste impact op de ecosystemen voor behuizing 1. Plastic wordt vervaardigd uit de fossiele brandstof aardolie wat kan verklaren waarom PC hier zo een grote impact heeft. Bij de tweede behuizing heeft het plexiglas ongeveer evenveel impact als het aluminium van de eerste behuizing.
51
6 ENQUÊTE EXTRUDER OP SCHOOL
In de vorige hoofdstukken ging het over de technische en ecologische aspecten van de extruder en zijn gebruik als onderdeel van een educatief pakket om leerlingen te sensibiliseren voor circulaire economie en de mogelijkheden van het sluiten van de materiaalcyclus van plastic.
Binnen een duurzaamheidsstudie moet daarnaast ook rekening worden gehouden met het sociaal aspect. Hiervoor werd een enquête afgenomen bij leerkrachten en bestuursleden van scholen van het secundair onderwijs en specifiek van de scholen met aandacht voor STEM om na te gaan of er een draagvlak is voor het gebruik van een extruder binnen het secundair onderwijs. Met behulp van een Zephyr-account werd de enquête bestaande uit zeventien vragen opgesteld en ingevuld op de Curios- omgeving van de UGent. Ze werd verspreid via e-mail (zie Bijlage L) naar ongeveer 750 Vlaamse scholen en vestigingen van het secundair onderwijs en stond enkele weken voor de paasvakantie open. Veel scholen worden overstelpt met vragen om mee te werken aan wetenschappelijk onderzoek en kunnen daarom niet op al deze verzoeken ingaan. Uiteindelijk hebben meer dan 100 respondenten de enquête geopend, zijn 90 respondenten eraan begonnen en hebben 70 respondenten de volledige enquête ingevuld en ingediend. De respons van deze 70 respondenten mag als representatief beschouwd worden. Alle vragen en resultaten zijn terug te vinden in Bijlage M. De antwoorden meegegeven in de invulvelden staan uitgeschreven in Bijlage N. Naast een algemeen overzicht van de resultaten worden hier enkele belangrijke vragen uitgebreider besproken.
6.1 Algemeen overzicht
De enquête is ingevuld door vrijwel evenveel mannen als vrouwen. De leeftijden liggen verspreid met een kleine piek binnen de leeftijdscategorie van 40 tot 49 jaar. Het merendeel van de respondenten geeft een technisch of wetenschappelijk vak in de tweede of derde graad van het secundair onderwijs. Ongeveer een kwart geeft aan geen les te geven. Iets meer dan de helft van de respondenten duidt aan enige voorkennis over plastics te hebben en reeds bekend te zijn met de werking van een extruder. De meningen zijn gelijk verdeeld voor het inzetten van de extruder in de lessen vanaf een bepaalde graad. Ruim twee derde wil de extruder inzetten met de focus op zowel duurzaamheid als STEM.
6.2 Specifieke resultaten
Het uiteenzetten van de resultaten is afhankelijk van de soort vraagstelling. In het geval van een meerkeuzevraag waar hoogstens één antwoord wordt gekozen, worden de resultaten in een taartdiagram uitgezet. Bij een meerkeuzevraag waarbij het mogelijk is om meerdere antwoorden aan te duiden, worden deze voorgesteld door een staafdiagram. In beide gevallen worden de resultaten in procenten weergegeven.
Na enkele algemene vragen wordt in vraag 7 (zie Figuur 64) gepolst naar mogelijkheden om plastic afval te verzamelen voor de extruder. In Figuur 65 is te zien dat 81,5% het een goed idee vindt om
52
specifieke vuilnisbakken te plaatsen in de scholen. Plastic afval meebrengen van thuis uit en een zwerfvuilactie houden, scoren ook vrij hoog.
Figuur 64: Vraag 7 van de enquête
Figuur 65: Resultaten van vraag 7
Nu de extruder als een mogelijke oplossing kan dienen om plastic afval te recycleren, is het niet de bedoeling om nog meer plastic te gebruiken of aan te kopen. Vraag 8 (zie Figuur 66) polst hiernaar bij het doelpubliek en geeft de mogelijkheid om de keuze te verantwoorden. Uit Figuur 67 blijkt dat een grote meerderheid van 82,3% rekening houdt met bovenstaande redenering en dat niemand nog meer plastic zou aankopen of consumeren. De vele redeneringen achter de antwoorden van vraag 8 komen neer op het volgende: Het is beter om de hoeveelheid plastic te beperken ook al is er een mogelijkheid om het te verwerken zoals met de extruder. Een respondent gaf zelfs aan dat de meeste verzamelde plastics weinig of niet bruikbaar zijn voor de toepassingen op de school. In de meeste scholen wordt reeds aandacht besteed aan het gebruik van herbruikbare drinkflessen (water wordt voorzien door de school), glazen flessen en brooddozen en het plaatsen van verschillende vuilnisbakken (restafval, pmd en papier). Plastic flesjes, bekers, wegwerpfolie en drankautomaten worden in de mate van het mogelijke vermeden. Sommige scholen geven aan moeite te doen, maar dat bijvoorbeeld het sorteren van afval niet lukt door een tekort aan vuilnisbakken en de onverschilligheid van de leerlingen. Sensibilisatie naar de leerlingen en de ouders toe en van de school zelf is noodzakelijk.
53
Uit enkele antwoorden blijkt dat er een tekort aan informatie is in verband met mogelijke alternatieven voor plastic. Een respondent vermeldde dat de school is overgeschakeld van glazen flessen naar PET-flessen, maar gaf aan niet te weten wat het meest belastend is voor het milieu. Zowat al het aangekocht materiaal (nieuwe handboeken, kopiepapier, enz.) is verpakt in plastic en die verpakking verdwijnt in de vuilnisbak. Enerzijds zou het de ecologische voetafdruk ten goede komen door de verpakking te recycleren. Anderzijds zouden leveranciers hierop aandacht kunnen besteden. Een school zal niet zomaar haar connecties met vaste leveranciers verbreken.
Figuur 66: Vraag 8 van de enquête
Figuur 67: Resultaten van vraag 8
In de inleiding werd aangehaald dat veel scholen al een 3D-printer hebben. Vraag 9 (zie Figuur 68) van de enquête polst hiernaar. Figuur 69 toont aan dat bijna twee derde van de respondenten aangeeft dat er minstens één 3D-printer op de school aanwezig is. Bij een mogelijke interesse in het bouwen van een extruder kan dit als een voordeel worden gezien omdat de extruder zelf filament voor de 3D-printer vervaardigt.
Figuur 68: Vraag 9 van de enquête
54
Figuur 69: Resultaten van vraag 9
Vraag 10 (zie Figuur 70) sluit deels aan bij vraag 9 aangezien er nu ook twee opties zijn die gelinkt zijn aan een 3D-printer. De percentages als resultaat van de meerkeuzevraag worden weergegeven in Figuur 71. Velen zien een mogelijkheid in het omzetten van bestaand plastic afval tot nieuw filament voor de 3D-printer. Hiernaast stemt ruim twee derde van de respondenten in om de extruder in te zetten in projectwerken. In vraag 15 van de enquête wordt ook gepolst naar het gebruik van de extruder als het beschikbaar zou zijn. Hierbij hebben 9 op de 10 aangeduid om de extruder binnen het kader van de lessen in te zetten.
Figuur 70: Vraag 10 van de enquête
55
Figuur 71: Resultaten van vraag 10
In vraag 9 gaven ongeveer twee derde van respondenten aan dat hun school over minstens één 3D- printer beschikt. Op basis van de eerste antwoordmogelijkheid van vraag 10 geeft Figuur 72 een vergelijking weer tussen deze scholen en alle scholen. De scholen die reeds in het bezit zijn van een 3D-printer zijn meer van plan om hun plastic afval om te zetten tot nieuw filament voor de 3D-printer.
Figuur 72: Vergelijking voor het omzetten van plastic afval tussen scholen met een 3D-printer en alle scholen
In vraag 13 (zie Figuur 73) wordt gevraagd welk bedrag de school zou neerleggen voor het aanschaffen van een extruder. Enerzijds is het niet evident om hier een bedrag op te plakken als er weinig gekend is over het aan te kopen apparaat. Anderzijds is niet elke respondent vertrouwd met de financiële investeringsmogelijkheden van de school. Figuur 74 toont aan dat een derde van de respondenten de laatste optie “ik weet het niet” heeft gekozen. Een ander derde kiest voor een bedrag tussen de 100 en 300 euro. Van het resterend derde deel is de meerderheid zelfs bereid om meer dan 300 euro te investeren. Met een aankoopprijs van ongeveer 300 euro voor de Felfil basiskit, lijkt het erop dat deze laatste fractie de investeringsruimte en bereidheid heeft om deze extruder aan te schaffen.
56
Figuur 73: Vraag 13 van de enquête
Figuur 74: Resultaten van vraag 13
Bij vraag 16 (zie Figuur 75) denkt een vierde van de respondenten dat de extruder geen financieel voordeel kan opleveren. Op educatief vlak kan de extruder gebruikt worden voor bewustmaking, maar sommige respondenten vinden dat er meer ingezet moet worden op echte duurzame projecten. Vervolgens geeft Figuur 76 ook weer dat 47,1% niet weet of een financieel voordeel mogelijk is wegens een tekort aan informatie over de levensduur, het energieverbruik en de kostprijs van zowel de extruder als de 3D-printer. Veel hangt ook af van de toepassingsmogelijkheden en de kwaliteit van het filament.
Figuur 75: Vraag 16 van de enquête
57
Figuur 76: Resultaten van vraag 16
Als slotvraag wordt in vraag 17 het volgende gesteld: “Welke suggesties heeft u om een betere recyclage van plastic afval te bekomen? Indien mogelijk, geef kort wat uitleg.” 40 personen hebben op deze vraag een antwoord geformuleerd. Een aantal antwoorden zijn analoog aan degene bij vraag 8. Enkele suggesties die verschillende keren worden aangehaald of in het oog springen, zijn: Voldoende sorteer- of vuilnisbakken plaatsen die voorzien zijn van een duidelijke afbeelding of uitleg in combinatie met sensibiliseren. De uitdaging hierbij is dat inzamelpunten moeten beheerd worden. Er is een te grote kans dat verkeerde zaken in gespecialiseerde vuilnisbakken terecht kunnen komen. Recyclage op industriële schaal, per plastictype, lijkt eerder haalbaar, maar de sensibilisatie en de passende technische en wetenschappelijke competenties zijn belangrijker in het onderwijs. De leerlingen confronteren met gevolgen van huidig plasticgebruik, de ouders mee betrekken in dit verhaal en als school het goede voorbeeld geven. De “trias ecologica” volgen: 1) Gebruik geen of zo weinig mogelijk plastic. 2) Gebruik oneindige en duurzame bronnen zo efficiënt mogelijk. 3) Gebruik zo veel mogelijk volledig recycleerbare plastics en gebruik diegene die gedowncycled worden verstandig. Statiegeld invoeren zoals bijvoorbeeld in Nederland en Duitsland.
6.3 Conclusie enquête
Aan de hand van deze enquête werd nagegaan of er een draagvlak is voor het gebruik van een extruder binnen het secundair onderwijs. De extruder wordt als een mogelijke oplossing gezien om plastic afval te recycleren, maar het is niet de bedoeling om hiervoor nog meer plastic te gebruiken of aan te kopen. Uit vraag 8 is gebleken dat bijna alle respondenten het beter vinden om de hoeveelheid plastic te beperken ook al is er een mogelijkheid om het te verwerken.
Het resultaat van vraag 9 toont aan dat de meerderheid van de scholen over minstens één 3D-printer beschikt. In vergelijking met alle deelnemende scholen hebben deze scholen bij vraag 10 vaker aangeduid dat ze de extruder zouden inzetten om hun plastic afval om te zetten tot nieuw basismateriaal voor de 3D-printer. In het algemeen scoort het inzetten van de extruder in projectwerk ook erg hoog.
58
Uit de antwoorden van vraag 16 blijkt dat er niet heel veel informatie gekend is van de extruder. Bijna de helft van de respondenten weet niet of een financieel voordeel mogelijk is met het gebruik van de extruder. Sommigen geven aan dat er weinig tot geen informatie over de kwaliteit, de levensduur, het energieverbruik en de kostprijs van zowel de extruder als de 3D-printer geweten is. Desondanks ziet 27,1% een financieel voordeel in het gebruik van de extruder. Daarnaast volgt uit de antwoorden op vraag 13 dat meer dan een derde een budget hoger dan de aankoopprijs van de basiskit van Felfil kan investeren voor het aanschaffen van een extruder.
Vervolgens geven de opmerkingen bij vraag 8 en 17 weer dat reeds veel scholen moeite doen om aandacht te besteden aan het gebruik van herbruikbare drinkflessen, glazen flessen en brooddozen en aan het plaatsen van verschillende vuilnisbakken (restafval, pmd en papier). Het beperken van plastic, het vinden van alternatieven en het sorteren van afval gaat echter niet altijd even vlot. Hiervoor moet de onverschilligheid aangepakt worden en moet iedereen geconfronteerd worden met de gevolgen van het huidige plasticgebruik. De school kan hier een goed voorbeeld geven voor de leerlingen en de ouders, maar ook de leveranciers van de scholen kunnen hier aandacht aan besteden.
Ten slotte kan op basis van de resultaten geconcludeerd worden dat het aanschaffen van een extruder een grotere meerwaarde heeft voor de scholen die reeds een 3D-printer bezitten en bereid zijn om een budget rond de basisprijs van de extruder te investeren. Anderzijds als de school zelf voldoende materiaal heeft, kan deze ook zelf aan de slag om een extruder op te bouwen en te gebruiken in projectwerk.
59
7 CONCLUSIE
Deze masterscriptie begon met het idee om de levenscyclus of materiaalkringloop van plastic te sluiten. In de thesis van Stef Decorte werd de Evo filament extruder van Felfil reeds aangehaald als voorbeeld om de kringloop van materialen te sluiten. Het doel van de huidige scriptie omvat het verder uitwerken van de technische aspecten van het bestaande educatieve pakket over afval en zwerfafval met het oog op duurzaamheid.
Rekening houdend met de drie gekozen strategieën voor een duurzaam ontwerp, werd de basiskit van Felfil geanalyseerd in NX. Later werden twee soorten behuizingen voor de extruder ontworpen met inachtneming van de regels rond duurzaamheid, van veiligheidsmaatregelen en normen. Nadat een warmteoverdrachtsstudie op basis van deze normen is uitgevoerd, konden de twee concepten enigszins verder worden geoptimaliseerd.
Om aan duurzaamheid te voldoen, moest met het ecologische en het sociale aspect worden rekening gehouden. Voor het eerste aspect wordt de ecologische impact van de ontwerpen van de twee behuizingen bepaald met behulp van het programma SimaPro. De resultaten maakten duidelijk dat het eerste concept meer impact had op de menselijke gezondheid, ecosystemen en fossiele grondvoorraden, evenals stootte het een grotere massa aan CO2-equivalente emissies uit. De LCA van de basiskit toonde aan dat de productie en afvalverwerking van het mondstuk samen met het gieten van de aluminium smeltkamer in het algemeen de grootste impact hadden. De componenten en processen die nadelig uit de analyses kwamen, moeten bestudeerd worden om oplossingen te vinden zodat hun impact kan dalen.
Wat het sociale aspect betreft, werd een enquête verstuurd naar leerkrachten en schoolbestuur van middelbare scholen in Vlaanderen. Het toonde aan dat de scholen al inspanningen leveren omde hoeveelheid plastic te verminderen. De aanschaf van een extruder heeft meer toegevoegde waarde voor scholen die reeds in het bezit zijn van een 3D-printer en die bereid zijn het benodigde budget voor een extruder te investeren. Aan de andere kant, wanneer een school over voldoende materialen en hulpmiddelen beschikt, kan ze zelf een complete extruder bouwen als onderdeel van projectwerk.
60
8 SUGGESTIES VERDER ONDERZOEK
De focus van deze thesis lag meer op de vergelijking van de ontworpen concepten dan op de basiskit voor de extruder. Enkele zaken om bij de basiskit meer op te focussen zijn: Het toepassen van een LCA op de DC-motor en de reductiekast die nu nog onbekend waren. Hiervoor zou een kleine DC-motor aangekocht kunnen worden om uit elkaar te halen. Het design van de hopper van Felfil. Veel pellets worden niet doorheen de smeltkamer geduwd doordat ze onder of naast de schroef blijven liggen. In zo een warme ruimte kunnen de pellets ook samenklitten en de doorgang opstoppen De positie waar de voet van de schroef op de as wordt gemonteerd is niet ideaal. Deze voet ligt bijna centraal boven de opening van de hopper, waardoor pellets achter de voet van de schroef kunnen blijven zitten. Het bestuderen van de gebruiksfase van de basiskit. Dit omvat het energieverbruik, de levensduur, enz. Enkele respondenten van de enquête gaven ook aan dat deze informatie niet gekend is.
De twee concepten hebben ook nog ruimte voor verbetering. Enkele voorbeelden voor een meerpositieve impact zijn: Het berekenen van vrije convectie en straling om een beter beeld te krijgen van de warmtestromen. De motor van Felfil wordt na 5 werkuren warmer dan de norm toelaat. Over de motor zou nog een kleine afscherming geplaatst kunnen worden. De keuze van plastics voor bepaalde onderdelen kan nog beter. Nu de resultaten van de LCA’s er zijn, kunnen deze voor verder onderzoek gebruikt worden. De hopper en voetsteunen van het eerste concept bestaan uit PETG, maar kunnen met nylon geprint worden dat een hoger Vicat Softening Point heeft. Ook de bodemplaat uit PC blijkt uit de LCA niet altijd voordelig te zijn. Het scharnier in concept 2 bevat een roestvaste pin. Door het design van de verbinding aan te passen, kunnen mogelijks eenvoudigere scharnieren gebruikt worden. De aluminium kooi kan scherpe randen hebben. Deze kunnen met rubber afgedekt worden. Aan de voorwand van de kooien van beide concepten zou een soort afscherming kunnen gemonteerd worden zodat er niet langs de boven- of zijkant naar het mondstuk (dat gloeiend heet is) gegrepen kan worden. Om de extruder vast te zetten op een tafel kan een tafelklem gekocht worden. Hiervoor zou een gleuf in de voorwand van de kooi moeten voorzien zijn. Naast het voldoen aan de normen kan een risicoanalyse worden uitgevoerd Een lijst met alle bouten, rondellen en moeren kan worden aangemaakt. Een handleiding schrijven om de ontworpen behuizingen op een zo vlot mogelijke manier te assembleren
Er kan contact opgenomen worden met ‘Precious Plastic’ om eens te luisteren hoe zij tewerk gaan. Voor deze thesis werd geen basiskit van Felfil aangekocht en werd er ook geen extruder zelf opgebouwd. Dit is een mogelijkheid om te doen en waarbij er zelf metingen kunnen worden gedaan. Vervolgens kan nog steeds een applicatie worden uitgewerkt die de reeds beschikbare data met betrekking tot de milieuwinst van zwerfvuilacties op een interactieve wijze in kaart brengt.
61
REFERENTIES
Böhler. (2010). Böhler K100 cold work tool steel. Geraadpleegd van https://www.bohler.be/media/productdb/downloads/K100DE.pdf Bozzelli, J. (2010). Injection Molding: You Must Dry Hygroscopic Resins. Geraadpleegd 27 augustus 2019, van https://www.ptonline.com/articles/you-must-dry-hygroscopic-resins Business Insider Nederland. (2013). Zo bespaar je geld met een 3D-printer. Geraadpleegd 16 juni 2019, van https://www.businessinsider.nl/zo-bespaar-je-geld-met-een-3d-printer/ Cardon, L. (2019). Polymer processing [syllabus]. Universiteit Gent, Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur. Çengel, Y. A. (2009). Introduction to Thermodynamics and Heat Transfer (2nd editio). Mcgraw-Hill Education - Europe. Claus, I. (2018). Duurzame ingenieurstechnieken [syllabus]. Universiteit Gent, Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur. de Jong, D. (z.d.). Tandverbinding. Geraadpleegd 27 mei 2019, van http://www.houtbewerkingscursus.nl/houtverbindingen/tandverbinding-2/ De Sadeleer, S. (2017). Theoretische studie naar end-of-life van materialen binnen de fractie restafval in Vlaanderen [masterproef]. Universiteit Gent, Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur. Decorte, S. (2018). Onderzoek naar de impact van zwerfvuil en de technologische mogelijkheden om de materiaalkringlopen te sluiten [masterproef]. Universiteit Gent, Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur. Diener, A. (2010). Afterlife: An Essential Guide To Design For Disassembly. Geraadpleegd 30 maart 2019, van https://www.core77.com/posts/15799/afterlife-an-essential-guide-to-design-for- disassembly-by-alex-diener-15799 Ditmar, J. (z.d.). Warmteoverdracht. Geraadpleegd van http://home.hccnet.nl/j.ditmar/Reader BAT13/6_warmteoverdracht.pdf Dormer Pramet. (z.d.). Product Selector 2.0. Geraadpleegd 8 augustus 2019, van http://selector.dormertools.com/web/nld/nl-nl/mm Duursma. (2018). Hoeveel Loctite heb ik nodig? Geraadpleegd 14 mei 2019, van https://duursma.nl/blog/83-hoeveel-loctite-heb-ik-nodig Elesa+Ganter. (2018). GN 136. Geraadpleegd van https://www.drabbe.nl/static/uploads/pictures/original/datasheets/EN/GN 136.pdf Eriks. (z.d.-a). PETg Datasheet. Geraadpleegd van www.solutions-in-plastics.info Eriks. (z.d.-b). Viton ® temperature rating. Geraadpleegd 28 mei 2019, van https://o- ring.info/en/materials/vitonr--fkm/vitonr-temperature-rating/ Fabory. (z.d.). Fasteners catalog. Geraadpleegd van https://s3-eu-west-1.amazonaws.com/fab-prod- media-bin/documents/small-Book-NL-nl-BE.pdf Felfil. (z.d.). Felfil Evo Filament Extruder. Geraadpleegd 3 februari 2019, van https://felfil.com/felfilevo- filament-extruder/?v=d3dcf429c679 Felfil. (2017). Basic Kit Manual. Geraadpleegd van https://felfil.com/Felfil-Evo_Manual Kit base.pdf?v=d3dcf429c679 Geertsma, P. (2015). Wat is telfon of PTFE en waar wordt deze kunststof voor gebruikt? Geraadpleegd 2 maart 2019, van http://www.technischwerken.nl/kennisbank/materialen- kennisbank/wat-is-telfon-of-ptfe-en-waar-wordt-deze-kunststof-voor-gebruikt/ Giles, H. F., Wagner, J. R., & Mount, E. M. (2005). Extrusion: The Definitive Processing Guide and Handbook. Geraadpleegd van www.williamandrew.com Guyer, R. (2008). Get a Grip on Screw Slippage. Geraadpleegd 14 augustus 2019, van https://www.ptonline.com/articles/get-a-grip-on-screw-slippage Henkel. (z.d.). Product Selector Guide. Geraadpleegd van http://dm.henkel- dam.com/is/content/henkel/8745_CA_Brochure_Pgs4-5_Interactive_v3_Finalpdf Henkel. (2010). Productgids. Geraadpleegd van http://www.geers- industrie.be/upload/file/Productgids.pdf Hulsebosch, P. (2017). Vier 3d-printers van ongeveer 300 euro. Geraadpleegd 17 juni 2019, van https://tweakers.net/reviews/5599/8/vier-3d-printers-van-grofweg-300-euro-hoe-goed-zijn-de- goedkoopste-printers-testresultaten-vermogen-en-afwijkingen.html
62
Hulsebosch, P., & de Moor, W. (2017). Vijf 3d-printers onder de 1000 euro. Geraadpleegd 17 juni 2019, van https://tweakers.net/reviews/5183/11/vijf-3d-printers-onder-de-1000-euro-welke- kwaliteit-bieden-goedkope-modellen-testresultaten-vermogen-en-afwijkingen.html Intradura. (z.d.). Ladder van Lansink. Geraadpleegd 20 maart 2019, van https://www.intradura.be/nl/ladder-van-lansink Llowlab. (2014). 3D printen kosten. Geraadpleegd 16 juni 2019, van https://www.llowlab.nl/3d-printen- kosten/ Loctite. (z.d.). Welkom bij de FAQ van Loctite. Geraadpleegd 14 mei 2019, van http://www.loctite- consument.be/nl/meta/meta-nav/faq.html MDB metal. (z.d.). Aluminium strekmetaal 10.5.15.07 AL. Geraadpleegd 9 juli 2019, van https://www.gerektmetaal.be/product/10-5-15-07al/?sheet=0 NBN EN ISO 13732-1. (2009). Ergonomie van de thermische omgeving – Methoden voor het bepalen van menselijke reacties bij het aanraken van oppervlakken – Deel 1: Warme oppervlakken (ISO 13732-1:2006). Geraadpleegd van https://edu.mynbn.be/nbnframework/index.php/pdfMeta/ro/317198?l=E NBN EN ISO 13857. (2008). Veiligheid van machines – Veiligheidsafstanden ter voorkoming van het bereiken van gevaarlijke zones door de bovenste en onderste ledematen (ISO 13857:2008). Geraadpleegd van https://edu.mynbn.be/nbnframework/index.php/pdfMeta/ro/308319?l=E NBN EN ISO 7010. (2012). Grafische symbolen - Veiligheidskleuren en -tekens - Geregistreerde veiligheidstekens (ISO 7010:2011). Geraadpleegd 29 augustus 2019, van https://edu.mynbn.be/nbnframework/index.php/pdfMeta/ro/463145?l=E Nitril. (2018). Wikipedia. Geraadpleegd 14 mei 2019, van https://nl.wikipedia.org/wiki/Nitril NMC. (z.d.). NOMA®WOOL ALU – Insulation. Geraadpleegd 27 april 2019, van https://nmc- insulation.com/nl/product/nomawool-alu/ Otai Special Steel. (z.d.). D3 Cold Work Steel | 1.2080 | X210Cr12 | SKD1. Geraadpleegd 7 augustus 2019, van http://www.astmsteel.com/product/d3-cold-work-steel-1-2080-x210cr12-skd1/ Plastics Recyclers Europe. (z.d.). Design for Recycling. Geraadpleegd 29 juni 2019, van https://www.plasticsrecyclers.eu/design-recycling PolyJARID. (z.d.). Polyamide. Geraadpleegd 26 augustus 2019, van https://www.polyplasty.cz/material-polyamid.html?lang=2 PRé Sustainability. (z.d.). ReCiPe. Geraadpleegd 17 augustus 2019, van https://www.pre- sustainability.com/recipe Rectavit. (2019). Technische fiche houtlijm 225 Express. Geraadpleegd van http://www.rectavit.be/nl/ProductTechnischeFiche.aspx?productid=13 Ridderflex. (z.d.). Viton ® rubber (FKM) producten. Geraadpleegd 18 mei 2019, van https://www.ridderflex.nl/producten/viton-rubber/ Tyson, E. (2016). PETG Filament - Overview, Step-by-Step Settings & Problems Resolved. Geraadpleegd 18 augustus 2019, van https://rigid.ink/blogs/news/175700615-petg-filament- heres-what-you-need-to-know University of Antwerp. (z.d.). Determinator box - Design from Recycling. Geraadpleegd 30 augustus 2019, van https://www.uantwerpen.be/en/projects/design-from-recycling/determinator-box/ van den Berg, M. R., & Bakker, C. A. (z.d.). A product design framework for a circular economy. Geraadpleegd 30 augustus 2019, van https://www.plateconference.org/product-design- framework-circular-economy/ van Maanen, M. (2015). Tips voor 3D-Print ontwerpen. Geraadpleegd 2 juli 2019, van http://www.typer-3dprinting.nl/materialen/8-over-3d-printing# Vyncke, G., Onnekink, J., Feenstra, T., & Ragaert, K. (2018). Design from Recycling for post- consumer WEEE plastics. Geraadpleegd van https://biblio.ugent.be/publication/8584196/file/8584197.pdf WSV Kunststoffen. (z.d.). PTFE – Teflon. Geraadpleegd 13 augustus 2019, van https://wsvkunststoffen.nl/teflon-polytetrafluoretheen/
63
BIJLAGEN
Bijlage A: Bijkomende afbeeldingen basiskit
Basiskit
Smeltkamer + doorsnede
64
Schroef (doorsnede)
Gearmotor en ondersteuning:
Extra geprinte onderdelen: vierdelige case
65
Bijlage B: Berekeningen gewichten Basic Kit
DC motor 3kW D36mm 15-18% Cu bij DC motor (%) 15,0 Gewicht D36mm geschat (g) 200,0 Gewicht Cu (g) 30,0
Support 470,1 Gewicht zonder boringen (g) 505,0 Totaal begingewicht (g) 539,2 Gewicht milling (g) 34,2 Gewicht boren (g) 34,9
Teflonisolatie 27,7 Diameter (mm) 45,0 Dikte (mm) 10,0 Volume (mm³) 15904,3 Dichtheid (g/cm³) 2,2 Totaal begingewicht (g) 35,0 Gewicht boren (g) 7,3
Smeltkamer (casting) 248,5 Dichtheid aluminium (g/cm³) 2,7 Totaal begingewicht (g) 338,0 Gewicht zonder milling top (g) 334,3 Gewicht milling top (g) 3,7 Diepte input (mm) 21,0 Diameter input (mm) 19,0 Volume input (mm³) 5954,1 Gewicht milling input (g) 16,1 Gewicht totaal milling (g) 19,8 Gewicht boren (g) 69,7
66
Nozzle (casting) 76,0 Dichtheid brass (g/cm³) 8,4 Boring groot (mm) (niet doorlopend gat) 7,5 Diepte groot (mm) 4,0 Volume grote boring (mm³) 176,7 Gewicht 3 grote boringen (g) 4,5 Boring klein (mm) (doorlopend gat) 4,5 Diepte klein (mm) 3,0 Volume kleine boring (mm³) 47,7 Gewicht 3 kleine boringen (g) 1,2 Diameter kegelbodem (mm) 15,0 Diameter output (mm) 1,4 Diepte kegel (mm) 6,3 Diepte output (mm) 12,7 Volume afgeknotte kegel (mm³) 407,0 V=1/3*pi*h*(R²+R*r+r²) Volume tot output (mm³) 19,6 Gewicht kegel en output (g) 3,6 Totaal gewicht geboord (g) 9,2 Totaal begingewicht (g) 85,2
Afdankscenario Aluminium 338,0 Koper 30,0 Messing 85,2 O-ring 0,3 Staal 1684,2 Teflon 35,0 Totaal 2172,7
67
Bijlage C: Bijkomende afbeeldingen concepten
Assemblage extruder 1
Voedingszone:
Hopperdoorsnedes:
68
Assemblage extruder 2
69
Bijlage D: Berekeningen warmteoverdracht concept 1 en 2
Warmtegeleidingscoëfficiënt lucht bij 250°C: T (°C) k (W/mK) k*1000 20 0,02514 25,14 Warmtegeleidingscoëfficiënt lucht 25 0,02551 25,51 30 0,02588 25,88 45 y = 0,0697x + 23,871 35 0,02625 26,25 40
40 0,02662 26,62 C) ° 45 0,02699 26,99 35 50 0,02735 27,35 30 60 0,02808 28,08 70 0,02881 28,81 25 80 0,02953 29,53 90 0,03024 30,24 20 100 0,03095 30,95 15 120 0,03235 32,35 140 0,03374 33,74 10
160 0,03511 35,11 Warmtegeleidingscoëfficiënt (W/m Warmtegeleidingscoëfficiënt 180 0,03646 36,46 5 y = 7E-05x + 0,0239 200 0,03779 37,79 0 250 0,04104 41,04 0 50 100 150 200 250 300 Temperatuur (°C) y = 7E-05*x + 0,0239 y = (0,0697*x + 23,871)*10^(-3)
Warmtegeleidingscoëfficiënt smeltkamer bij 250°C: NOMA®WOOL ALU rockwool T (°C) k (W/mK) 1. 0 0,032 y = rico*x + b 2. 40 0,037 rico: 0,000164 3. 150 0,055 b: 0,030455 4. 250 0,071
70
Constante waarden voor beide concepten: Grootheid Benaming Waarde Eenheid
Temperaturen Tin Maximum binnentemperatuur smelt 250 °C Tout Kamertemperatuur 20 °C dT Verschiltemperatuur 230 °C
Coëfficiënten warmte k1 Lucht bij 250°C (Vergelijking zie blad 2) 0,041 W/(m°C) k2a Aluminium 237 W/(m°C) k2b Dennenhout (pine) 0,14 W/(m°C) k3 Isolatie bij 250°C 0,071 W/(m°C) h1 Stilstaande lucht (2-8 en 3-20 gevonden) 5 W/(m².°C) k3a NOMA Aluminium rotswol 0,071 W/(m°C) k3b Glaswolplaat 0,11 W/(m°C) k3c Ultimate minerale wol pijpisolatie 0,074 W/(m°C) k3d Kerlane deken 45 (bij 400°C!) 0,08 W/(m°C) k3e W/(m°C)
L1bis Lengte kop smeltkamer afgerond 0,06 m
Berekening warmtedoorgang van smeltkamer doorheen isolatie en stalen ondersteuning: Isolatie Dtef,out Diameter 0,045 m Dtef,in Diameter 0,019 m d1 Dikte isolatie 0,01 m Dboring Diameter boring 0,0045 m Atef Contactoppervlakte met smeltkamer 0,001211477 m² k4 Warmtegeleiding PFTE (teflon) 0,25 W/(m°C) Rtef Weerstand teflon 33,018 °C/W
Support hopper d2 Dikte stalen support 0,004 m k5 Warmtegeleiding staal (NX) bij 250°C 48,9 W/(m°C) Rstaal Weerstand staal 0,068 °C/W Astaal Oppervlakte staal met lucht 0,005104 mm²
Heat transfer hopperzijde Rconv,2 Weerstand convectie lucht hopperzijde 39,185 °C/W Rtot,2 Totale weerstand 2 72,270 °C/W Q2 Warmteverlies naar hopper toe 3,183 W T2,tef Temperatuur tussen teflon en staal 144,921 °C T3,staal Temperatuur buitenkant staal 144,706 °C
Concept 1:
71
ISOLATIE VANBINNEN Stralen r1 Straal smeltkamer (vast) 22,5 mm diso Dikte isolatie 20 mm r2 Straal met isolatie 42,5 mm dair Dikte lucht 17 mm r3 Straal met lucht 59,5 mm r4 Straal met kooi 60,5 mm Aair Oppervlakte convectie lucht (cilinder) 0,022807963 m²
Weerstanden Rconv Weerstand convectie lucht 8,769 °C/W Rwol Weerstand rotswol 23,761 °C/W Rair Weerstand lucht 21,769 °C/W Ralu Weerstand aluminium kooi 0,00019 °C/W Rtot Totale weerstand 54,299 °C/W
Totale warmte Q1 Totale warmteverlies 4,236 W
Temperaturen opp T1 is gelijk aan Tin 250 °C T2 Temperatuur tussen rotswol en lucht 149,353 °C T3 Temperatuur binnenkant kooi 57,144 °C T4 Temperatuur buitenkant kooi 57,144 °C
Concept 2: ISOLATIE VANBINNEN Stralen r1 Straal smeltkamer (vast) 22,5 mm diso Dikte isolatie 20 mm r2 Straal met isolatie 42,5 mm dair Dikte lucht 15 mm r3 Straal met lucht 57,5 mm r4 Straal met kooi 62,5 mm Aair Oppervlakte convectie lucht (cilinder) 0,023561945 m²
Weerstanden Rconv Weerstand convectie lucht 8,488 °C/W Rwol Weerstand rotswol 23,761 °C/W Rair Weerstand lucht 19,557 °C/W Rhout Weerstand houten kooi 1,57983 °C/W Rtot Totale weerstand 53,386 °C/W
Totale warmte Q1 Totale warmteverlies 4,308 W
Temperaturen opp T1 is gelijk aan Tin 250 °C T2 Temperatuur tussen rotswol en lucht 147,632 °C T3 Temperatuur binnenkant kooi 63,376 °C T4 Temperatuur buitenkant kooi 56,570 °C
72
Bijlage E: NBN EN ISO 13857 (2008)
73
Bijlage F: Berekeningen gewichten concept 1
Doorlaatcoëfficiënt Aluminium 0,5 Dichtheid aluminium_6061 (g/cm³) 2,7
Aluminium wand (volle plaat) 320,6 160,3 Breedte voet (mm) 15,0 Hoogte kooi (mm) 120,0 Breedte kooi (mm) 121,0 Totale breedte plaat (mm) 391,0 Hoogte voorwand (mm) 117,0 Lengte kooi (mm) 264,0 Breedte achterwand (mm) 36,0 Totale lengte plaat (mm) 417,0 Dikte plaat (mm) 1,0 Volume plaat (mm³) 163047,0 Totaal begingewicht (g) 441,9 220,9 Gewicht processen (g) 121,3 60,6 Volume opening 20x10 (mm³) 200,0 Gewicht opening 20x10 (g) 0,5 0,3 Diameter boring (mm) 4,0 Volume 1 boring (mm³) 12,6 Gewicht 4 boringen (g) 0,1 0,1 Gewicht wegsnijden behalve opening (g) 120,6 60,3
Plaatje 1,2 Lengte (mm) 25,0 Breedte (mm) 20,0 Dikte (mm) 1,0 Volume (mm³) 500,0 Totaal begingewicht (g) 1,4 Gewicht milling (g) 0,2
74
Feedingzone 112,0 Lengte feedingzone (mm) 68,5 Buitendiameter (mm) 26,0 Binnendiameter (mm) 19,0 Diameter = diepte boring (mm) 2,0 Volume feedingzone cilinder (mm³) 36368,6 Dichtheid staal (g/cm³) 7,8 Totaal begingewicht (g) 284,8 Gewicht boring D19mm (g) 152,1 Gewicht boringen D2mm (g) 0,1 Gewicht milling (g) 20,6
Steunfeedingzone 5,8 Lengte (mm) 40,0 Hoogte (mm) 16,0 Dikte (mm) 2,0 Volume (mm³) 1280,0 Totaal begingewicht (g) 10,0 Gewicht boringen 4mm (g) 0,4 Gewicht milling (g) 3,8
Bodemplaat PC 153,7 Lengte (mm) 272,0 Breedte (mm) 160,0 Dikte (mm) 4,0 Volume (mm³) 174080,0 Dichtheid (g/cm³) 1,2 Totaal begingewicht (g) 208,9 Lengte uitsnijden (mm) 115,2 Breedte uitsnijden (mm) 99,0 Gewicht uitsnijden (g) 54,7 Gewicht 4 boringen (g) 0,5
Afdankscenario Case PETG 194,5 Aluminium 222,3 Minerale wol 50,6 PC 208,9 PETG 61,2 Staal 295,0 Totaal behuizing1 1032,5 Totaal extruder1 3205,2
75
Bijlage G: Berekeningen gewichten concept 2
Oppervlakte hout (cm²) (10 verankeringen + 37,4lange verankering + beveiliging bovenwand) Houtlijm: 150-180 g/m² 165,0 Houtlijm nodig (g) 0,62 Afgerond 0,6g (SimaPro) Loctite: 25-35 druppels/g 30,0 1 druppel: D=2,5 cm (cm²) 4,9 Loctite druppels nodig 7,6 Loctite nodig (g) 0,25
Algemeen Dichtheid hout (g/cm³) 0,5 Houtdikte (mm) 5,0 Gewicht hout box (g) 116,5 Gewicht hout totaal (g) 521,4
Plexiwand 64,7 Dichtheid (g/cm³) 1,2 Diepte (mm) 5,0 Diameter (mm) 2,0 Volume 4 boringen (mm³) 62,8 Gewicht 4 boringen (g) 0,1 Totaal begingewicht (g) 64,8
Boringen 4 mm houten wanden Diameter boring (mm) 4,0 Diameter verzinking (mm) 8,0 Diepte verzinking (mm) 2,0 Volume verzinking (mm³) 58,6 V=1/3*pi*h*(R²+R*r+r²) Volume overschot boring (mm³) 37,7 Dichtheid hout (g/cm³) 0,5 Gewicht boring 4mm (g) 0,0
Aantal boringen per onderdeel Houten wanden box 5 0,2 Kooi 6 0,3 Bodemplaat 1 0,0
76
Houten wanden box 116,5 Volume 4 boringen (mm³) 62,8 Gewicht boren kabelwand 2 inserts (g) 0,2 Gewicht 4 boringen 2mm (g) 0,0 Gewicht 5 boringen 4mm (g) 0,2 BOREN 0,4 Diameter = breedte (mm) 16,0 Volume power supply (mm³) 1142,7 Gewicht power supply (g) 0,5 Lengte kabelgat (mm) 46,0 Kooi 248,4 Breedte kabelgat (mm) 8,0 Hoogte = breedte kooi (mm) 125,0 Volume kabelgat (mm³) 2091,3 Lengte kooi (mm) 272,0 Gewicht 2 kabelgaten (g) 2,0 Volume zijwand (mm³) 170000,0 Gewicht 2 zijwanden (g) 159,8 MILLING 2,5 Volume voorwand (mm³) 78125,0 Hoogte kabelwand = breedte (mm) 125,0 Gewicht voorwand (g) 36,7 Volume lange verankering (mm³) 9000,0 Lengte bovenwand (mm) 277,0 Volume kabelwand (mm³) 78125,0 Volume bovenwand 173125,0 Begingewicht kabelwand (g) 40,9 Breedte opening hopper (mm) 75,0 Breedte bovenwand (mm) 120,0 Lengte beveiliging (mm) 64,0 Volume bovenwand (mm³) 75000,0 Dikte beveiliging (mm) 4,0 Begingewicht bovenwand (g) 35,3 Hoogte beveiliging (mm) 17,5 Hoogte achterwand (mm) 100,0 Volume beveiliging (mm³) 14210,0 Volume achterwand (mm³) 60000,0 Gewicht bovenwand (g) 88,0 Begingewicht achterwand (g) 28,2 Totaal begingewicht (g) 284,6 Volume zijwand (mm³) 62500,0 Gewicht 6 boringen 4mm (g) 0,3 Begingewicht zijwand (g) 29,4 Breedte sleuf = diameter (mm) 4,0 Begingewicht houten wanden (g) 133,8 Lengte sleuf (mm) 60,0 Gewicht afzagen randen (g) 14,3 Volume sleuf (mm) 1262,8 Totaal volume wanden (mm³) 275625,0 Gewicht 5 gefreesde sleuven (g) 3,0 Diameter boring (mm) 10,0 Houtbodem 148,5 Diameter verzinking (mm) 18,0 Diepte verzinking (mm) 4,0 Lengte (mm) 430,0 Volume verzinking (mm³) 632,5 V=1/3*pi*h*(R²+R*r+r²) Breedte (mm) 150,0 Volume overschot boring (mm³) 78,5 Volume (mm³) 322500,0 Gewicht volledige boring (g) 0,3 Totaal begingewicht (g) 151,6 Gewicht wegzagen (g) 32,6 Aantal gefreesde gaten 10,0 Breedte = diameter (mm) 5,0 Verankering hout 0,8 Lengte (mm) 20,0 Lengte (mm) 20,0 Volume (mm³) 598,2 Breedte = hoogte (mm) 10,0 Gewicht 1 gefreesde gat (g) 0,3 Volume (mm³) 2000,0 Totaal gewicht 10 gaten (g) 2,8 Totaal begingewicht (g) 0,9 Gewicht boren (g) 0,3 Gewicht boren (g) 0,1
77
Bijlage H: Berekeningen proces 3D-printen
3D-printer Gemiddeld vermogen (W) Tijd hoog detail (min) Tijd laag detail (min) Gemiddelde tijd (min) 1 57 102 15 2 38 50 12 3 59 40 9 4 16 145 20 5 96 93 21 6 61 124 17 7 187 33 26 8 43 35 8 9 57 43 17 Gemiddelde: 68,2 73,9 16,1 45
3D-printen Volume (mm³) Energie (Wh) 1000 6,4
Concept 1 Volume (mm³) Energie (Wh) Case rechts 37003 236,819 Case links 32338 206,963 Case achter 32394 207,322 Case bodem 51430 329,152 Case felfil 153165 980,256 Voetsteun 1182 7,565 3x voetsteun 3546 22,694 PC plaat 128116 819,942 Hopper zonder rooster 39312 251,597 Hopperrooster 5345 34,208 Hopper 44657 285,805
Concept 2 Volume (mm³) Energie (Wh) Hopper boven 33611 215,110 Hopper onder 35028 224,179 Hopper felfil 68639 439,290 Voetsteun 1497 9,581 3x voetsteun 4491 28,742
78
Bijlage I: Gereedschap bepaald door Dormer
PC bodemplaat (concept 1) Boren 4 gaten van 4 mm diep met diameter 4 mm. Energie = 389 W * (0,124/3600) h = 0,013 Wh 4 gaten: 0,05 Wh
79
PMMA wand en houten bovenwand (concept 2) Boren 4 gaten van 5 mm diep met diameter 2 mm Energie = 60 W * (0,305/3600) h = 0,005 Wh 4 gaten in PMMA: 0,02 Wh 4 gaten in bovenwand: 0,02 Wh
Verankering hout (concept 2) Boren 2 gaten van 8 mm diep en diameter 5,6 mm in de kabelwand + 10 boringen in houtblokje Energie = 778 W * (0,23/3600) h = 0,05 Wh 2 gaten (kabelwand): 0,1 Wh 10 gaten (houtblokje verankering): 0,5 Wh
80
Boringen van 5 mm diep met diameter van 4 mm (concept 2) Energie = 389 W * (0,155/3600) h = 0,02 Wh 5 gaten (elektronicabox): 0,1 Wh 6 gaten (houten kooi): 0,12 Wh 1 gat (bodemplaat): 0,02 Wh
Houten bodemplaat (concept 2) Boren 3 gaten van 5 mm diep met diameter 5 mm Energie = 587 W * (0,157/3600) h = 0,03 Wh 3 gaten: 0,09 Wh 10 gleuven = 1 Wh geschat obv grootte boring
81
Bijlage J: Bijkomende screenshots SimaPro basiskit
ILCD methode: totale milieu-impact
82
Recipe Endpoint H: Impact op de ecosystemen
Recipe Endpoint H: Impact op de fossiele voorraden
83
ILCD-methode: totale milieu-impact van de elektronica
84
Bijlage K: Bijkomende screenshots SimaPro concepten
ILCD methode: totale milieu-impact van behuizing 1
85
ILCD methode: totale milieu-impact van behuizing 2
86
ILCD vergelijking twee behuizingen: weging in Pt
87
Bijlage L: E-mails enquête
Mail 1:
Mail 2:
88
Bijlage M: Enquête extruder op school
Vraag 1
Vraag 2
89
Vraag 3
Vraag 4
Vraag 5
90
Vraag 6
Vraag 7
91
Vraag 8
Vraag 9
Vraag 10
92
Vraag 11
Vraag 12
Vraag 13
93
Vraag 14
Vraag 15
94
Vraag 16
Vraag 17
95
Bijlage N: Enquête invulvelden
(1713 woorden)
Vraag 3: Aan welke leeftijdsgroep geeft u les?
7de jaar, + 18 jaar + 18jaar TA Se-N-se directeur
Vraag 8: Wat vindt u dat de school zou kunnen doen met haar aantal aankopen die plastic bevatten? Waarom/Hoe?
De school koopt haar producten (verpkat) bij vaste leveranciers. Leerlingen verplichten van een herbruikbare drinkbeker (water voorzien door school) mee te brengen en alle andere drank (in plastic) afschaffen. Proberen zo weinig mogelijk aankopen van zaken die ecologisch nefast zijn voor het milieu. Uitsluitend materialen die goed recycleerbaar zijn om nieuwe grondstoffen van te maken. Zowat al het aangekocht materiaal (nieuwe handboeken, kopiepapier,...) is verpakt in plastic. Nu verdwijnt dit allemaal in de vuilnisbak, de recyclagecyclus sluiten zou de ecologische voetafdruk ten goede komen de aankoop die we doen staat niet in functie van het verpakkingsmateriaal Duurzame school. We werken nu al samen met fair trade Beter minder plastics dan meer plastics verwerken. Weinig controle op Meeste plastics zijn voor onze toepassingen minder bruikbaar Lln en ouders sensibiliseren (bv. boterhammendoos ipv wegwerpfolie). Gebruik maken van herbruikbare waterflessen. Plastic is een ecologische ramp, het zou niet meer gebruikt moeten worden, dus moet er ook niet gerecycleerd of aangemoedigd worden om met plastic iets te doen, de enige die niet gedowncycled wordt is al in een goed recyclage proces betrokken plastic flesjes water vermijden Voorkomen lijkt me de beste oplossing voor het probleem van plastic Ik vind niet dat er iets veranderd moet worden. Verbieden dat er plastic verpakkingen in de school binnen komen. Bvb: flesjes. Minder verpakking De aangeboden drank wordt verkocht in petfles waar dit vroeger glas was. Wat het meest belastend is voor het milieu weet ik echter niet. essentie blijf hoe dan ook steeds plastic verminderen Het is een prachtig en stevig materiaal, als we er verstandig en duurzaam mee omspringen is er niets mis mee.
96
Het lijkt mij nog steeds beter om de hoeveelheid plastic te beperken ook al is er een mogelijkheid om het te verwerken. We hebben een automaat met plastic waterflesjes, die zouden gerecycleerd kunnen worden. Maatschappelijke trend Geen idee of er voldoende alternatieven zijn alternatieven of beter recycleren. milieu voorbeeld Milieubewuste keuze: meer inzetten op hervulbare recipienten. Vaak zijn de alternatieven te beperkt Er is al genoeg plastic in omloop. door drank in glazen flessen te verkopen; ander verpakking vd vbroodjes Verpakkingen verminderen Hoe minder afval hoe beter. beter voor milieu Er wordt niet meer in plastic gekocht dan strikt noodzakelijk Enkel drank in glazen flessen aanbieden. Snoepautomaten verwijdern, verpakking rond broodjes en dergelijke verwijderen. Verpakkingen in verpakkingen weigeren. Minder snacks in plastic... aankoop drank in glas ipv plastiek bewustmaking - school is al goed bezig door te streven naar enkel gebruik van herbruikbare drinkfles - minder afval bij aankopen voor gebruik in labo's en keukens herbruikbare bekers,bloempotjes in de tuinbouwrichting hergebruiken,.. Een aantal eenvoudige ingrepen zoals afschaffen van wegwerp plastic bekers, ballonnen e.d. De school doet al heel wat moeite, maar de scheiding van plastiek van ander afval lukt maar niet (nonchalance van leerlingen, te veel gelijkende afvalbakken, misschien te weinig afvalbakken?). Leerlingen sensibiliseren door projecten te ontwikkelen. Vanwege de onafbreekbaarheid in de natuur. Hangt af van de toepassing die het heeft en de recycleerbaarheid Wij bannen alle drankautomaten op school. leveranciers aandacht erop besteden Alternatieven voor plactic bekijken Ik denk dat we al goed bezig zijn met glazen flesjes en een beperkt gamma plastic flesjes. Er wordt apart PMD ingezameld. Koekje aanbieden is niet zo gezond en geeft ook aanleiding tot plastic afval, dus dat kan nog minder. Sensibiliseren Ook al zijn plastics vaak recycleerbaar, veel komt nog steeds op straat terecht. Bewust maken van leerlingen impliceert ook eigen gedrag als school aanpassen. Verpakkingen aanpakken. ONgewenste post aanpakken. Milieu is belangrijk. Er zijn voldoende alternatieven beschikbaar en de school heeft een voorbeeldfunctie
97
past binnen ons schoolproject - proberen we nu ook al te doen De leerlingen zouden minder plastic moeten bezoeken, hervulbare drinkflessen, brooddoos, koekendoos. Vele plastic producten worden maar 1 keer gebruikt: rietjes, plastic bekers, ... De school probeert dit nu reeds zoveel mogelijk te vermijden, maar het kan altijd beter. Het komt toch bij het afval en moet dus verwijderd worden: extra kosten... OK zoals het is. worden deels door de school gerecycleerd, attitude leren duurzaam omgaan met materialen Om plasticafval te verminderen, ook al kan het gebruikt worden voor de extruder, toch is het best te sensibiliseren om te beperken, lijkt me. Het lijkt me dan beter om ‘verder’ op zoek te gaan, er zal elders plastic voorradig zijn om te recycleren plastic is ook niet goed voor mileu - met onze MOS-werking op school hebben we beslist om alle niet te recycleren materiaal te bannen op school Wordt nu reeds gedaan. Desserts vb. in glazen potjes i.p.v. plastic Ecologisch denken We verkopen snacks in de speeltijd uit een autommat, dit niet meer toelaten Zo weinig mogelijk plastic aankopen Al veel voorverpakte voedsel vervangen. Geen plastiek waterflessen maar glazen flessen in de leraarskamer.
Vraag 10: Waarvoor zou u de extruder inzetten op school?
geen idee algemeen verwerking plastic afval
Vraag 11: Vanaf welke leeftijdsgroep zou u de extruder inzetten?
geen idee Extruder is een GIP op de derde graad. alle 12 tot 18 12 tot 18?
Vraag 16: Denkt u dat de school een financieel voordeel kan halen uit de aankoop van een extruder (bv. minder moeten aankopen van pellets voor de 3D-printer)? Indien mogelijk, leg kort uit waarom.
Kwaliteit gestudeerd materiaal niet super Hangt van de toepsassingsmogelijkheden af. Ik denk dat de school moet inzetten op echt duurzame projecten en zou hen niet steunen om een extruder aan te kopen. Van afval nutteloze dingen maken om kort te gebruiken en daarna terug tot afval te vermaken is geen ecologische oplossing Ik ben er mij van bewust dat 100% recyclage een utopie is als er kwaliteit moet gegrpint worden
98
Als de kwaliteit van het geproduceerde filament goed genoeg is om te hergebruiken aanvoer en fabricatie is onzeker is steeds afhankelijk van de inzet van een individu Ik geloof nooit dat er al een 3D-printer is, dus die zou ook nog gekocht moeten worden. Heb geen flauw idee hoeveel die dan weer zou kunnen kosten. Ik zit al langer met het idee om met de EM-richting een snippermachine en een extruder te bouwen om plastic te recycleren. Het kunnen oude en mislukte 3D-prints zijn maar ook nieuwe grondstoffen maken van PET-flessen. Op youtube staan mooie v-beelden Het aantal 3D projecten is te beperkt. Geen idee van de levensduur van de extruder, ook niet van het energieverbruik. Dus berekening terugverdientijd niet mogelijk met de huidige info. Ik zou het niet doen om er fin. voordeel uit te halen, wel eerder voor bewustmaking. Pellets voor 3D printer???? Het verbruik van de school is zeer beperkt ik denk het niet, want we hebben nu geen 3D-printer, misschien wel als we van afval gebruiksvoorwerpen of decoratie kunnen maken 1 rol PLA filament kost ongeveer 30 EUR, dus hier kunnen we op besparen. Tijdens een STEM- project maken wij nu bioplastic, ook hier zouden we de extruder kunnen gebruiken om van afval plastic te maken. Er is geen 3D-printer (voorlopig?), dus zijn de pellets ook niet nodig. Ik denk dit wel. Er wordt nu niet veel geprint, maar dan misschien wel meer.
Vraag 17: Welke suggesties heeft u om een betere recyclage van plastic afval te bekomen? Indien mogelijk, geef kort wat uitleg.
Herbruikbare bekers meebragn en verplichten (water te voorzien door school met fontein) en afschaffen van dranken in plastiek of blik. Containerpark op school oprichten en in de lokalen meer afval sorteren. De leerlingen op jonge leeftijd meer bewust maken van het nut van goed recycleren. En voldoende verschillende vuilbakken plaatsen. Leerlingen sensibiliseren om beter te sorteren via projecten bijvb. door roze zakken te gebruiken de leerlingen sensibiliseren Sensibilisering om geen plastic aan te kopen of opnieuw te gebruiken. Statiegeld, bewustwording Betere sortering van verschillende plastics Voldoende selectiebakken voorzien, gecombineerd met sensibiliseren. Lln confronteren met gevolgen van huidig plasticgebruik. Ouders mee betrekken in dit verhaal. Zelf het goede voorbeeld geven. Er zou beter de trias ecologica gevolgd worden : 1) gebruik geen of zo weinig mogelijk plastic 2) als je het toch moet gebruiken probeer dit dan zo efficiënt mogelijk te doen 3) indien het niet vermeden kan worden, neem dan alleen die plastics die perfect gerecycleerd kunnen worden, niet diegenen die gedowncycled worden leerlingen beter sensibiliseren
99
Aantal soorten beperken Beter sorteren beter scheiden en boetes opleggen leerlingen bewust maken van aankoopgedrag platic ...dit in eertse plaats...extruder is OK, maar een gadget ifv het totaalplaatje..plasticafval... Ander bruikbaar plasic materiaal maken dat in de school gebruikt zou kunnen worden. Verschillende soorten plastics apart inzamelen. Afval dat je voorkomt moet je niet recycleren. Minder gebruik maken en selectiever inzamelen. proper materiaal aanleveren waarvoor men een vergoeding in natura krijgt(filament) sorteren in aparte bakken, het sorteren jaarlijks blijven toelichten aan de leerlingen. niet meteen suggesties, ben te weinig vertrouwd met deze materie maar vind wel dat er op verschillende vlakken best acties zouden moetne komen om het gebruik van plastiek te reduceren. In de thuissituatie probeer ik daar al een steentje in bij te dragen (herbruikbare tasjes, zakjes bij het winkelen, geen producten aankopen die verpakt zijn in plastiek, minder snel overgaan tot de aankoop van nieuwe zaken, ...) Op schoolniveau is dit net iets moelijker om mee in de gaten te houden/ te veranderen. - nog meer verschillende vuilbakken, in klassen en speelplaatsen - duidelijkere etiketten per vuilbaksoort - opletten bij aankopen van voeding voor keukens, aankopen voor in labo's,... Véél betere scheiding ervan, want nu is dat een regelrechte ramp. Eigenlijk ken ik maar één helder systeem, raar genoeg dat van de NMBS in grotere stations. Dat is om een of andere reden wel meteen duidelijk (papier, plastiek, glas, restafval). Maar de NMBS vraagt verschrikkelijk veel geld voor een exemplaar van hun systeem. Dus koopt de school dat niet. Statiegeld invoeren. In NL en D werkt het ook. Minder soorten plastics. Indien verscillende plastics een gelijkaardige recylagemethode (zoals bij staal). betere sortering Beter scheiding van het plastic en verwerking door gespecialiseerde bedrijven. maximale inzameling in een eenvoudig systeem. Wij kunnen in het containerpark verschillende plastics indienen, maar daarvoor heb je thuis een klein containerparkje nodig om te verzamelen tot je eens in het containerpark geraakt. Kom eens kijken, GO!MAXwell Maasmechelen Meerdere vuilnisbakken maar dan wel met een duidelijke uitleg via afbeelding op de vuilbak. Beter is recyclage op industriele schaal, per plastictype, maar de sensibilisatie en de passende technische en wetnschappelijke competenties zijn belangrijker in onderwijs Eigenlijk ben ik meer voor beperking Probleem is, dat inzamelpunten moeten beheerd worden. Een te grote kans dat er verkeerde zaken in gespecialiseerde vuilbakken zou komen. Op onze school hebben wij nu een zwerfvuilproject. Alle vuil wordt verzameld en als het onder een bepaald volume blijft, dan worden de leerlingen beloond (muziek op de speelplaats, buiten de school eten,...). Dit zou je in principe ook kunnen doen met de soorten plastic. Onze MOS-
100
wekgroep kan dit monitoren en het gerecycleerde plastic gebruiken om iets leuk voor de leerlingen mee te maken tijdens een project.
De bron 'droogleggen' ... Voldoende afvalbakken voorzien en sensibiliseren. zeer bewust omgaan met het verzamelen en recycleren Sprekende vuilnisbakken In de verschillende winkels alle plastiek verpakkingen weren en vervangen door een andere alternatief Beter sorteren Geen suggestie
101