La fusione di PLA e PBS crea un filamento di stampanti 3D migliore
In un documento intitolato ” Preparazione e caratterizzazione di Poly (butylene succinate) / Polylactide Blends for Fused Deposition Modeling 3D Printing “, un gruppo di ricercatori discute come hanno sviluppato un nuovo tipo di materiale biodegradabile con elevata resistenza e tenacità da utilizzare per FDM 3D stampa. Una serie di materiali polimerici a base di poli (butilene succinato) (PBS) è stata miscelata con PLA. Il PLA, sebbene sia un materiale di stampa 3D popolare ed efficace, è fragile con un allungamento estremamente basso a rottura, quindi è necessario sviluppare materiali migliori e più duttili. Il PBS è un polimero alifatico semicristallino con eccellente processabilità, stabilità termica e biodegradabilità. È anche molto duttile e ha un punto di fusione relativamente basso.
“Tuttavia, ci sono pochi studi pubblicati sulla stampa 3D con PBS”, sottolineano i ricercatori. “Una ragione è che la sua bassa resistenza allo scioglimento rende difficile la formazione continua del monofilamento quando viene estruso, il che fa fallire la stampa a metà strada. Inoltre, la distorsione causata dal restringimento del volume relativamente grande durante il raffreddamento probabilmente avviene dopo la cristallizzazione, provocando quindi prodotti difettosi. Pertanto, la modifica di PBS è abbastanza necessaria per risolvere gli inconvenienti sopra menzionati e rendere il materiale adatto per la stampa FDM. ”
La fusione dei due materiali può combinare i loro vantaggi e compensare le loro debolezze. I ricercatori hanno preparato miscele PBS / PLA con diverse composizioni con l’intenzione di convalidare la loro idoneità per la stampa 3D. Le proprietà reologiche, termiche e meccaniche delle miscele sono state studiate e diversi campioni sono stati stampati in 3D con i filamenti per valutare la loro idoneità alla tecnologia di stampa 3D FDM. È stata anche valutata la forza di legame tra strati intermedi nei campioni stampati in 3D.
Tutte le miscele, secondo i ricercatori, hanno dimostrato eccellenti proprietà di lavorazione e possono essere estruse come monofilamenti di diametro 1,75.
“Con l’aumento del contenuto di PBS, l’allungamento a rottura e la forza di impatto delle miscele si presentano”, continuano. “Tuttavia, la distorsione delle barre stampate aumenta a causa di un maggiore volume di contrazione dovuto al più alto grado di cristallinità nelle miscele. Inoltre, la resistenza del legame interstrato migliora a causa della diminuzione della viscosità del fuso. Quando il contenuto di PLA nelle miscele non è inferiore al 40% in peso, la stampa FDM può procedere senza intoppi né distorsione osservabile né distacco dalla piattaforma a temperatura ambiente. PBS60 / PLA40 e PBS40 / PLA60 sono le composizioni di fusione ottimali, considerando sia la robustezza del materiale, la distorsione delle barre stampate, sia la resistenza del legame tra strati. ”
I modelli con strutture porose possono essere stampati con successo utilizzando i filamenti PBS60 / PLA40 e PBS40 / PLA60 e si è ottenuta una buona precisione dimensionale e un aspetto lucido delle strutture stampate. Le miscele hanno dimostrato di possedere sia un’elevata rigidità che un’eccellente duttilità rispetto ai materiali di stampa 3D commerciali.
“Inoltre, con una temperatura di stampa relativamente bassa e senza necessità di riscaldamento della piattaforma di supporto, questi materiali sono ideali per soddisfare i requisiti di risparmio energetico ed ecocompatibilità”, concludono i ricercatori. “Pertanto, con lucentezza simile alla perla e buone proprietà meccaniche oltre all’accuratezza dimensionale, le miscele PBS / PLA a base biologica sono nuovi promettenti materiali per la produzione di filamenti FDM per applicazioni in molti campi, in particolare per la progettazione architettonica. Inoltre, il nostro studio dovrebbe fornire metodi per valutare se un materiale polimerico termoplastico è adatto per la stampa FDM o meno. ”
Gli autori del documento includono Qing Ou-Yang, Baohua Guo e Jun Xu.
