Desmontaje activo

El desmontaje activo (AD) es una tecnología en desarrollo que se asocia con el término desmontaje activo mediante materiales inteligentes (ADSM).

Los materiales inteligentes, como las aleaciones con memoria de forma (AMF), ofrecen ahora la posibilidad de desmontar fácilmente y de forma potencialmente rentable artículos complejos. Otros materiales inteligentes empleados en la AD incluyen polímeros con memoria de forma (PMF), capas inteligentes, aerosoles, polímeros de ingeniería, etc. El desarrollo de esta tecnología podría hacer que el reciclaje de productos de consumo sea más común y, por lo tanto, contribuir a la sostenibilidad ambiental . ^{[ 1 ]}

Las empresas que diseñan y fabrican una variedad de bienes de consumo están cada vez más sujetas a presiones legislativas y de otro tipo que les exigen considerar las implicaciones del "Fin de Vida Útil" (EoL) de sus productos. La Directiva ELV (Vehículos al Final de su Vida Útil) en Europa, por ejemplo, establece que el nivel actual de reutilización y reciclaje del 75 % (en peso) debe elevarse al 85 % para 2015. ^{[ 2 ]} La Directiva RAEE (Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos) tiene como objetivo la erradicación de los vertederos como medio para eliminar materiales peligrosos como el arsénico en los LED. Los fabricantes también deben incorporar estrategias de desmontaje en el diseño de sus productos. En el pasado, el diseño de productos como los automóviles rara vez implicaba la consideración de qué sucedería cuando se desecharan, aunque algunas empresas, como BMW, han sido proactivas en este sentido. ^{[ 3 ]}

El Dr. Chiodo es el inventor de la tecnología AD y ADSM. Centró su investigación en el desmontaje activado térmicamente mediante materiales con memoria de forma . Su trabajo comenzó a finales de la década de 1980, centrándose en soluciones de diseño relacionadas con el reciclaje. En 1991, su tesis de maestría investigó el Diseño para el Desmontaje, impulsando un nuevo enfoque automatizado para lo que, en aquel entonces, era una tarea engorrosa. Realizó experimentos que abarcaron desde métodos de fuerza rudimentarios hasta enfoques altamente especializados, como técnicas de desmontaje activadas por temperatura, resistencia eléctrica, vibración, volumen, explosivos, productos químicos, inducción y procesos biológicos.

Desde entonces, este trabajo se ha expandido a una variedad de tecnología de desmaterialización que incluye mecanismos de activación ampliados, parámetros de control jerárquico variados, mayores tolerancias de temperatura entre otras consideraciones incluidas las ya mencionadas. El Dr. Chiodo inventó cientos de mecanismos de AD, ADSM y otras tecnologías automatizadas desde sus invenciones iniciales en 1996. Su trabajo reciente incluye el aislamiento de componentes específicos y la segregación limpia de elementos específicos para su reutilización, incluidas las pantallas LCD. En 1996, realizó experimentos de desmontaje y memoria de forma utilizando polímeros de ingeniería típicos como PEEK, ABS, PC, nailon y otros; manipulando sus propiedades de memoria de forma para alternativas de desmontaje activo potencialmente más rentables. Este trabajo ha sido retomado por H. Hussein, el Dr. Mark Allen y el Dr. David Harrison en un artículo publicado en 2009 con resultados de un trabajo colaborativo entre el Dr. Chiodo, Motorola, Nokia, Sony, Gaiker, Indumetal, IKP, etc., pero hasta ahora solo ha producido resultados precompetitivos.

Desde 1996, este campo ha ganado popularidad en la industria, lo que ha impulsado una investigación más exhaustiva. El Dr. Nick Jones ha trabajado en ELV, entre otros enfoques innovadores para AD, utilizando mecanismos SMA activados eléctricamente. Recientemente, el Dr. Jones y el Dr. Chiodo han desarrollado un mecanismo de liberación SMA NiTi para paneles LCD. Estos mecanismos permiten el desmontaje limpio y no destructivo de macroensamblajes de pantallas de ordenadores de sobremesa y portátiles. Consisten en un hilo fino automatizado activado eléctricamente que permanece inactivo hasta que se activa al final de su vida útil.

El Dr. Jones ha desarrollado un conjunto de aplicaciones para el mercado de vehículos al final de su vida útil (ELV). Estas incluyen dispositivos SMA para airbags, dispositivos SMP para la extracción de cristales y un novedoso mecanismo de liberación de velcro.

El Dr. Neubert profundizó en el campo del desmontaje activo, analizando otros métodos para iniciarlo. Sus ideas conceptuales sobre el uso del aumento de volumen del agua congelada para desconectar ciertas partes de un producto o el uso de fijaciones solubles se describen en su tesis doctoral, publicada en el año 2000.

Barbara Willems profundizó en esta investigación centrándose en las "celdas de presión" descritas por Neubert. Desarrolló un modelo matemático para determinar la forma y las dimensiones óptimas de un sujetador activado por presión. Implementados en un producto, estos sujetadores tipo encaje a presión permiten el desmontaje mediante variaciones en la presión ambiental. Dado que es muy improbable que se produzcan variaciones de presión durante la vida útil normal de un producto eléctrico, este mecanismo de activación ofrece una forma más segura de desmontaje en comparación con la activación basada en la temperatura.

Investigación premiada en la revista Assembly Automation de 2013: ^{[ 4 ]} En 2012 se realizó un estudio mundial de materiales inteligentes utilizados en el desmontaje activo. ^{[ 5 ]} Este trabajo fue realizado por el Dr. Chiodo y el Dr. Jones. Actualmente se menciona en el 'Active Disassembly Blog'. ^{[ 6 ]}

El trabajo del Dr. Chiodo continúa investigando la fabricación aditiva (AD) empleando materiales "inteligentes". Algunas aplicaciones incluyen capas intersticiales, mecanismos modulares, funciones de desmontaje y otras estrategias de ecodiseño DfX. Parte de este trabajo se describe en el área de economía circular ; véase Economía Circular ^{[ 7 ]} y la publicación original en el sitio web de la Fundación Ellen MacAurther ^{[ 8 ] .}

En Japón, Estados Unidos y la Unión Europea, diversos departamentos de investigación universitaria han estudiado diferentes aspectos de esta tecnología. Si bien aún no existen aplicaciones industriales producidas en masa, se sigue trabajando en este sentido.

El Dr. Ijomah ha estado investigando la aplicación de la tecnología AD a la remanufactura de productos electrónicos. Hasta la fecha, ha colaborado con el Dr. Chiodo en este trabajo, publicando artículos sobre el tema en diversas revistas.

La mayoría de los productos de consumo constan de numerosas piezas y una amplia gama de materiales. El desmontaje al final de la vida útil de un producto es una operación inevitablemente compleja y laboriosa para garantizar la separación eficaz de todos los componentes y su posterior reutilización o reciclaje. Las técnicas de digestión anaeróbica permiten la automatización o semiautomatización de este proceso, haciéndolo así más viable. La incorporación de la digestión anaeróbica y las implicaciones de que las empresas asuman la responsabilidad del reciclaje al final de la vida útil de sus productos tendrán consecuencias económicas a largo plazo para el consumidor.

Actualmente existen importantes obstáculos que impiden que esta tecnología tenga éxito en el mercado masivo. (costo, recapacitación, límite financiero/límite legal, arbitraje, práctica legislativa... continuará).

Se están desarrollando diversos métodos para su uso en la fabricación aditiva (AD). Estos métodos generalmente requieren el uso de materiales inteligentes que responden a un estímulo para cambiar de forma o tamaño y, por lo tanto, facilitar la liberación de las piezas. Entre los materiales involucrados se incluyen polímeros con memoria de forma (SMP) y aleaciones con memoria de forma (SMA). Estos materiales ofrecen cambios de forma significativos a diferentes temperaturas de transición, que se logran mediante métodos que incluyen infrarrojos , microondas , superenfriamiento , productos químicos y calor directo. El rango de "temperaturas de activación" para diversos materiales inteligentes permite colocar los productos en un entorno calentado donde los elementos externos se desprenden y luego pasar a una zona de temperatura más alta donde las piezas y subconjuntos internos se desmontan.

Recientemente, el Dr. Chiodo ha investigado más a fondo otros materiales empleados para la AD, a partir de su trabajo inicial iniciado en 1996. El repertorio de "materiales inteligentes" y otros enfoques continúa expandiéndose.

Tornillos, remaches, cintas, barras y clips, diseñados especialmente para facilitar la AD, pueden fabricarse con materiales inteligentes como aleaciones con memoria de forma (SMA) y polímeros con memoria de forma (SMP) . Estos se activarán a una temperatura predeterminada, según la aplicación específica.

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