I RICERCATORI DI PECHINO SVILUPPANO FILAMENTI ANTIBATTERICI PER FDM A BASSA TEMPERATURA
I ricercatori dell’Università di Tecnologia chimica di Pechino hanno sviluppato un filamento composito a base di policaprolattone (PCL) infuso in amido per l’uso con macchine FDM a bassa temperatura. Il filamento è stato quindi ulteriormente funzionalizzato mediante l’aggiunta di ingredienti bioattivi, conferendogli proprietà antibatteriche. Ecco come hanno fatto:
PCL è noto per le sue basse temperature di fusione (60 ° C) e transizione vetrosa (-60 ° C), che lo rende molto flessibile senza sacrificare la resistenza. Il polimero è anche biodegradabile, quindi è considerata una delle opzioni più sicure per la stampa 3D FDM. Il PCL, tuttavia, ha un tasso di solidificazione lento e una forza di fusione inferiore all’ideale, quindi i ricercatori volevano vedere se potevano fare qualcosa al riguardo.
Il team ha iniziato con l’obiettivo di studiare l’effetto del polisaccaride, o amido, sulle proprietà meccaniche e di cristallizzazione di PCL. PCL, amido solubile, amido di mais e fecola di patate pronti all’uso sono stati tutti essiccati separatamente in un essiccatore ad aria a 50 ° C per due ore. 100 g di PCL essiccato sono stati miscelati con varie masse (1 g – 11 g) di amido essiccato e le miscele sono state accuratamente miscelate termicamente utilizzando un miscelatore elettronico ad alta velocità. I campioni sono stati pellettizzati e trafilati in fili di filamento.
È stata utilizzata una macchina di prova universale per misurare la resistenza alla trazione di ciascun campione di filamento. Una volta calcolata la media, si è scoperto che l’amido non aveva effetti dannosi significativi sulla resistenza alla trazione del PCL e lo aumentava persino nelle miscele con rapporto più elevato. Ciò era importante poiché il filamento sarebbe sottoposto a una tensione costante quando viene trainato dai motori passo-passo di un sistema FDM.
Le prime osservazioni nella fase di preparazione del filamento hanno anche riscontrato che l’amido aumenta la temperatura di cristallizzazione e il tasso di cristallizzazione del filamento. Ciò significava che la forza di fusione e il tasso di solidificazione dei compositi erano superiori a quelli del PCL puro, rendendoli più facili da stampare e più forti durante il processo di stampa.
Additivi antibatterici
Dopo aver creato con successo un nuovo filamento composito con proprietà fisiche superiori a quelle di PCL, il team si è dedicato alla funzionalità. Volevano andare oltre, quindi hanno aggiunto due agenti antibatterici organici, ammonio-73 e PHMB, alle miscele di filamenti compositi.
I campioni antibatterici con varie concentrazioni di agenti organici sono stati stampati in 3D usando il filamento composito e collocati in piastre di Petri con colture di E. coli e S. aureus. Come previsto, le zone di inibizione delle piastre di Petri (le aree a zero crescita batterica) si sono ampliate con concentrazioni più elevate di agenti antibatterici. A causa della bassa temperatura di stampa del filamento, gli agenti organici non si sono denaturati e sono rimasti attivi durante tutto il processo di stampa. Questo risultato ha convalidato il metodo dei ricercatori per produrre e funzionalizzare filamenti compositi a bassa temperatura con proprietà antibatteriche.
Ulteriori dettagli dello studio sono disponibili nel documento intitolato ” Composti funzionali di policaprolattone / polisaccaride per la modellazione a deposizione fusa a bassa temperatura “. È co-autore di Yu-Qing Zhao, Ji-Hao Yang, Xiaokang Ding, Xuejia Ding, Shun Duan e Fu-Jian Xu.
La ricerca sui filamenti di polimeri è una delle aree più calde della stampa 3D, con istituti di ricerca e società indipendenti che riversano risorse sul campo. All’inizio di quest’anno, Andaltec , un centro di ricerca spagnolo focalizzato sulla plastica, ha annunciato che stava sviluppando una nuova serie di polimeri attivi da utilizzare nella stampa 3D di dispositivi medici . Altrove, l’ esercito americano ha creato un nuovo filamento multi-polimero progettato per essere utilizzato con sistemi FDM a basso costo. Il filamento ad alta resistenza dovrebbe aiutare nel campo di battaglia, producendo parti mission-critical in modo tempestivo a una frazione del costo delle parti tradizionali.
