Materiali biodegradabili per la stampa 3D

Questo articolo esplora l'uso di materiali biodegradabili nella stampa 3D e le loro prospettive future.

La stampa 3D ha aperto un mondo di possibilità di produzione. Questo processo di produzione additiva viene utilizzato per produrre parti semplici e molto complesse in modo rapido ed a basso costo. Oggi sono in uso vari tipi di tecnologie di stampa 3D. Tuttavia, molte di queste seguono lo stesso principio di funzionamento ampiamente definito; un materiale viene riscaldato a uno stato semi-fuso e depositato strato dopo strato dalla stampante 3D, utilizzando i dati forniti da un modello CAD, fino a quando la parte non è completata. Il processo di stampa 3D richiede che i materiali siano in grado di subire fusione, rimodellamento e risolidificazione o subire la polimerizzazione senza cambiamenti significativi nelle loro proprietà.

Di conseguenza i materiali termoplastici, che possiedono le caratteristiche richieste, sono i materiali più comunemente utilizzati nella stampa 3D. Tuttavia, la plastica non è biodegradabile. Pongono rischi per l’ambiente se non smaltiti correttamente. Per questo motivo, viene compiuto un enorme sforzo per sviluppare materiali biodegradabili (rispettosi dell’ambiente) compatibili con la stampa 3D e che possano essere utilizzati per creare parti completamente funzionali.

In questo articolo Xometry offre una panoramica dei materiali di stampa 3D biodegradabili che sono già disponibili sul mercato, come il PLA, e quelli che sono ancora in fase di sviluppo per una stampa 3D efficiente.

PLA

Il PLA (acido polilattico) è la plastica biodegradabile più popolare e accessibile utilizzata nella stampa 3D.

Questo poliestere è creato dall’acido lattico, ottenuto dalla fermentazione di fonti di carboidrati come la canna da zucchero e l’amido, in condizioni controllate. Il PLA viene prodotto dall’acido lattico mediante condensazione diretta di monomeri lattici o polimerizzazione del lattide, un derivato dell’acido lattico.

Il PLA viene utilizzato principalmente in combinazione con la stampa 3D FDM. È un termoplastico e può essere fuso e rimodellato senza perdere le sue proprietà. Ha anche buone proprietà meccaniche che possono essere paragonate a polipropilene e poliuretano. Le sue proprietà termiche sono soddisfacenti ma non eccezionali rispetto all’ABS.

FDM PLA, come stampato

Alcuni dei vantaggi del PLA sono i seguenti al netto di essere biodegradabile:

  • È prodotto da fonti naturali e rinnovabili
  • È certificato sicuro per l’imballaggio alimentare
  • Non è tossico e può essere utilizzato per applicazioni mediche

Alcuni inconvenienti, dall’altro lato, sono:

  • È biodegradabile solo in ambienti di compostaggio specifici e controllati
  • C’è un po’ di controversia sul fatto che grandi quantità di cibo, come il mais, vengano utilizzate nella produzione di bioplastiche.
  • È leggermente carente in forza e cristallinità rispetto alle plastiche a base di petrolio comunemente usate.
  • Il PLA è ampiamente utilizzato in posate, imballaggi alimentari, assistenza sanitaria, tessuti e cosmetici. È uno dei filamenti di stampa 3D più diffusi.

Il PLA è ampiamente utilizzato in posate, imballaggi alimentari, assistenza sanitaria, tessuti e cosmetici. È uno dei filamenti di stampa 3D più diffusi.

PHA

Il PHA (Polyhydroxyalkanoates) è una bioplastica che viene prodotta coltivando batteri specifici. Il materiale viene sintetizzato nelle cellule dei batteri e viene estratto come granuli altamente riflettenti.

Il PHA è molto meno popolare nella stampa 3D rispetto al PLA ed è ancora in fase di sviluppo. Attualmente non è praticamente disponibile sul mercato ed è quindi più costoso. Come aspetto positivo, si biodegrada molto più velocemente, impiegando da uno a tre mesi per degradarsi. Le proprietà dei polimeri PHA variano leggermente in base alla loro composizione chimica. Sono termoplastici, elastici e hanno una buona resistenza all’umidità.

Alcuni dei vantaggi di PHA sono i seguenti:

  • È biodegradabile, ci vogliono meno di tre mesi per degradarsi
  • Ha proprietà plastiche consone
  • È prodotto in natura da batteri
  • È resistente ai raggi UV

Alcuni dei suoi limiti sono:

  • È costoso da produrre
  • È meno accessibile ai consumatori

Rispetto ad altre bioplastiche, il PHA ha meno flessibilità, meno resistenza e proprietà termiche inferiori

FLAM

Il materiale additivo simile a funghi (FLAM) è un altro materiale naturale che può potenzialmente rivoluzionare la stampa 3D. Il FLAM è composto da cellulosa e chitina, due dei polimeri più abbondanti al mondo. Questo materiale altamente versatile può essere adattato per la lavorazione del legno, la fusione, lo stampaggio e la stampa 3D. Le sue caratteristiche meccaniche sono quasi identiche alla schiuma di poliuretano. Il FLAM è un materiale nuovissimo che non è immediatamente disponibile sul mercato e richiede ancora ulteriori ricerche. Tuttavia, sta già mostrando molto potenziale, come si può vedere in questo studio.

Alcuni dei vantaggi del FLAM sono i seguenti:

  • È prodotto da fonti naturali sostenibili e abbondantemente disponibili
  • È molto versatile e può essere adattato a diversi processi di produzione
  • È molto conveniente, costa dieci volte meno dell’ABS o del PLA

I limiti del FLAM includono:

  • È un materiale relativamente nuovo che richiede ancora molte ricerche
  • Il processo di stampa 3D del FLAM è complicato

Materiali compositi

A causa delle limitazioni inerenti a molti materiali biodegradabili, i compositi, che sono una combinazione di due o più materiali per formare un nuovo materiale, vengono sviluppati e utilizzati. Questi compositi combinano i vantaggi dei materiali di base, spesso annullando o riducendo significativamente i loro limiti.

Alcuni compositi biodegradabili disponibili per la stampa 3D includono:

  • PLA a base di alghe
  • PLA + PHA
  • WoodFill (70% PLA e 30% fibra di legno)

Filamenti riciclati

Sebbene non siano biodegradabili, i filamenti realizzati con plastica riciclata sono rispettosi dell’ambiente, poiché sono realizzati con plastica che altrimenti sarebbe finita nelle discariche. La maggior parte delle plastiche popolari utilizzate nella stampa 3D sono riciclabili.

Conclusione

Con il mondo ora più che mai consapevole dei pericoli dell’inquinamento da plastica, vengono intraprese diverse misure per ridurre l’uso della plastica. Uno di questi passaggi è lo sviluppo di materiali biodegradabili che possono essere stampati in 3D per sfruttare la potenza di questo straordinario processo di produzione proteggendo l’ambiente.

In questo momento, tuttavia, l’unico materiale di stampa 3D biodegradabile ampiamente disponibile è il PLA. Carica i tuoi modelli sulla nostra piattaforma di preventivi istantanei per ottenere un preventivo per le tue parti in PLA da Xometry.

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