Stampa 3D FDM migliorata con biocompositi di lignina
Nel recente pubblicato ” Lignin: A Biopolymer from Forestry Biomass for Biocomposites and 3D Printing “, i ricercatori internazionali Mihaela Tanase-Opedal, Eduardo Espinosa, Alejandro Rodríguez e Gary Chinga-Carrasco esplorano un’area molto specifica di materiali relativi ai biopolimeri.
Poiché i materiali compositi vengono utilizzati più spesso in questi giorni per migliorare i materiali esistenti, specialmente nella stampa 3D, anche materiali alternativi come il legno stanno sperimentando. I biocompositi a base di fibre e la lignina possono essere opzioni migliori rispetto ai prodotti a base petrolchimica. Per questo studio, gli autori hanno raccolto la lignina dagli abeti rossi che si riduce a polpa. Hanno usato il materiale per creare filamenti compositi, stampando campioni di dogbone per testare le proprietà meccaniche.
I biocompositi in fibre naturali offrono quanto segue:
Accessibilità
Buone proprietà meccaniche
Nessuna emissione di tossine
Peso leggero
Il PLA è un polimero popolare utilizzato nella stampa 3D e, come ricordano gli autori, è in realtà un biopolimero, caratterizzato da buone proprietà meccaniche, biodegradabilità, facilità di fusione e molto altro; tuttavia, non è sempre conveniente o adatto per ogni progetto. Come composito, tuttavia, il PLA diventa più versatile.
“Ogni anno, oltre 50 milioni di tonnellate di lignina vengono prodotte in tutto il mondo come prodotto secondario delle bioraffinerie, di cui il 98% viene bruciato per generare energia. Solo il 2% della lignina è stato utilizzato per altri scopi, principalmente in applicazioni come disperdenti, adesivi e riempitivi ”, affermano i ricercatori.
“Senza modifiche, la lignina può essere direttamente incorporata in una matrice polimerica, come stabilizzatore di luce UV, antiossidante, ritardante di fiamma, plastificante e potenziatore di flusso per ridurre i costi di produzione, ridurre la plastica e potenzialmente migliorare le proprietà del materiale.”
Poiché la stampa 3D porta così tanti vantaggi agli utenti industriali, con la possibilità di creare strutture economiche e complesse, oltre a lasciare meno sprechi e consumo di energia, materiali come la lignina sono attraenti per l’uso quando miscelati con altri polimeri. Per questo studio, i ricercatori si sono concentrati sul filamento biocomposito PLA / loda di soda per la stampa 3D.
“Una motivazione per la selezione della lignina di soda è che non contiene zolfo. Ci si aspettava quindi che la lignina di soda riducesse il tipico odore che si manifesta quando i biocomposti di elaborazione della fusione contenenti lignina kraft o lignosolfonati “hanno dichiarato i ricercatori.
I campioni sono stati valutati per:
Meccanico (prova di trazione)
Termico (analisi TGA, DSC)
Morfologico (SEM)
Diffrazione di raggi X
Proprietà antiossidanti
Un Prusa i3 MK3S originale è stato utilizzato nella stampa 3D FDM dei campioni di dogbone, con una lunghezza di 63 mm e una larghezza di 3 mm. Sono stati stampati tre set, oltre a una custodia per telefono. Il biocomposito ha dimostrato un aumento delle proprietà meccaniche all’aumentare della temperatura, con un modulo elastico che è diminuito dal 25% al 32%. La lignina ha offerto un miglioramento della duttilità, ma una diminuzione della plasticità.
Sono state inoltre confermate le proprietà antiossidanti, a dimostrazione del fatto che i campioni stampati in 3D con lignina avevano una capacità antiossidante ancora maggiore rispetto al PLA, il che significa che esiste il potenziale per l’uso per altre applicazioni come l’imballaggio alimentare.
“È stata testata anche l’idoneità del filamento di biocomposito PLA / lignina per la stampa 3D, stampando una custodia protettiva per smartphone”, hanno affermato i ricercatori. “Il processo di stampa ha rivelato una buona prestazione del filamento contenente lignina e una custodia protettiva funzionale è stata effettivamente stampata in 3D. I filamenti PLA / Lignina sono un’opzione plausibile per l’utilizzo della lignina con potenziali, ad esempio, prototipazione rapida e prodotti di consumo. Vale la pena ricordare che l’odore tipico di alcune lignine non è stato rilevato durante l’estrusione dei filamenti o durante il processo di stampa, il che rappresenta un ulteriore vantaggio dell’utilizzo della lignina di soda nei biomateriali del PLA “.
“I biocompositi hanno mostrato una buona estrudibilità e fluidità senza alcun agglomerato osservabile della lignina. Ciò suggerisce che i biocompositi contenenti lignina sono alternative plausibili per le applicazioni di stampa 3D. “
