Milieuvriendelijke Biologische Afbreekbare Materialen voor 3D-Printen: Duurzame Oplossingen

3D-printen heeft een wereld aan productiemogelijkheden geopend. Dit additieve productieproces wordt gebruikt om zowel eenvoudige als uiterst complexe delen snel en tegen lage kosten te produceren. Er zijn verschillende typen 3D-printtechnologieën in gebruik. Veel van hen volgen echter hetzelfde breed gedefinieerde werkprincipe: een materiaal wordt verhit tot een half-vloeibare toestand en laag voor laag gedeponeerd door de 3D-printer, gebruikmakend van de informatie uit een CAD-model, totdat het deel gevormd is. Het 3D-printproces vereist materialen die smelten, vervormen en weer verstrengen of uitharden zonder significante veranderingen in hun eigenschappen.

Als gevolg hiervan zijn thermoplastieken, die de vereiste kenmerken bezitten, de meest gebruikte materialen in 3D-printen. Kunststoffen zijn echter niet biologisch afbreekbaar. Ze vormen een risico voor het milieu als ze niet correct worden afgevoerd. Daarom worden enorme inspanningen geleverd om biologisch afbreekbare (milieuvriendelijke) materialen te ontwikkelen die compatibel zijn met 3D-printen en gebruikt kunnen worden om volledig functionele delen te creëren.

In dit artikel geeft Xometry een overzicht van biologisch afbreekbare 3D-printmaterialen die al op de markt beschikbaar zijn, zoals PLA, en die nog in ontwikkeling zijn voor efficiënt 3D-printen.

PLA

PLA (Polylactidezuur) is de meest populaire en toegankelijke biologisch afbreekbare kunststof die in 3D-printen wordt gebruikt.

Deze polyester wordt gecreëerd uit melkzuur, verkregen uit de fermentatie van koolhydraatbronnen zoals suikercane en zetmeer, onder gecontroleerde omstandigheden. PLA wordt geproduceerd uit het melkzuur door middel van directe condensatie van melkzuurmonomeren of polymerisatie van lactide, een afgeleide van melkzuur.

PLA wordt voornamelijk in combinatie met FDM 3D-printen gebruikt. Het is een thermoplast en kan gesmolten en vervormd worden zonder verlies van eigenschappen. Het heeft ook goede mechanische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met polypropyleen en polyurethane. De thermische eigenschappen zijn bevredigend, maar niet geweldig vergeleken met ABS.

Enkele voordelen van PLA, naast het biologisch afbreekbaar zijn:

• Het wordt geproduceerd uit natuurlijke, hernieuwbare bronnen
• Het is gecertificeerd veilig voor voedselverpakking
• Het is niet giftig en kan voor medische toepassingen worden gebruikt

Enkele nadelen zijn:

• Het is alleen biologisch afbreekbaar in specifieke, gecontroleerde compostomgevingen
• Er is een beetje controverse over het feit dat grote hoeveelheden voedsel, zoals maïs, worden gebruikt in de productie van bioplastieken.
• Het is iets tekortschietend in sterkte en kristallijnheid vergeleken met de gangbaar petroliumgebaseerde kunststoffen.

PLA wordt breed gebruikt in bestek, voedselverpakking, gezondheidszorg, textiel en cosmetica. Het is een van de meest alomtegenwoordige 3D-printfilamenten.

Voel u vrij om PLA te kiezen als een van de opties in Xometry's aanbod van 3D-printmaterialen.

PHA

PHA (Polyhydroxyalkanoaten) is een bioplastiek die geproduceerd wordt door het kweken van specifieke bacteriën. Het materiaal wordt in de cellen van de bacteriën gesynthetiseerd en geëxtraheerd als hoogreflecterende granula.

PHA is veel minder populair in 3D-printen dan PLA en nog in ontwikkeling. Momenteel is het praktisch niet op de markt beschikbaar en dus duurder. Aan de positieve kant biologisch het veel sneller af, in slechts één tot drie maanden. De eigenschappen van PHA-polymeren variëren iets op basis van hun chemische samenstelling. Ze zijn thermoplastisch, elastisch en hebben een goede vochtbestendigheid.

Enkele voordelen van PHA:

• Het is biologisch afbreekbaar, afbraak in minder dan drie maanden
• Het heeft gewenste kunststofeigenschappen
• Het wordt natuurlijk geproduceerd uit bacteriën
• Het is UV-bestendig

Enkele beperkingen:

• Het is duur om te produceren
• Het is minder toegankelijk voor consumenten

Vergeleken met andere bioplastieken heeft PHA minder flexibiliteit, minder sterkte en lagere thermische eigenschappen.

PHA ondergaat nog veel onderzoek voor gebruik in 3D-printen. Het merendeel van het huidige gebruik van dit materiaal is het creëren van composieten met andere kunststoffen.

FLAM

Fungal-like Additive Material (FLAM) is een ander natuurlijk materiaal dat 3D-printen potentieel kan revolutioneren. FLAM is gemaakt van cellulose en chitine, twee van de meest voorkomende polymeren op aarde. Dit uiterst veelzijdige materiaal kan worden aangepast voor houtbewerking, gieten, vouwen en 3D-printen. De mechanische kenmerken zijn bijna identiek aan polyurethaanschuim. FLAM is een erg nieuw materiaal dat nog niet gemakkelijk op de markt beschikbaar is en nog verder onderzoek vereist. Het toont echter al veel potentieel, zoals te zien is in deze studie.

Enkele voordelen van FLAM:

• Het is gemaakt van duurzame en overvloedig beschikbare natuurlijke bronnen
• Het is erg veelzijdig en kan aangepast worden voor verschillende productieprocessen
• Het is erg betaalbaar, tien keer goedkoper dan ABS of PLA

De beperkingen van FLAM zijn:

• Het is een relatief nieuw materiaal dat nog veel onderzoek vereist
• Het 3D-printproces van FLAM is gecompliceerd

Composietmaterialen

Vanwege de inherente beperkingen in veel biologisch afbreekbare materialen, worden composieten, een combinatie van twee of meer materialen om een nieuw materiaal te vormen, ontwikkeld en gebruikt. Deze composieten combineren de voordelen van de oudermaterialen, vaak de beperkingen significant verminderend of annulerend. Enkele biologisch afbreekbare composieten beschikbaar voor 3D-printen zijn:

• Algengebaseerd PLA
• PLA + PHA
• WoodFill (70% PLA en 30% houtvezel)

Maar ze worden nog niet breed gebruikt.

Gerecyclede Filamenten

Hoewel ze niet biologisch afbreekbaar zijn, zijn filamenten gemaakt van gerecyclede kunststof milieuvriendelijk, omdat ze gemaakt zijn van kunststof die anders op stortplaatsen zou zijn beland. De meerderheid van de populaire kunststoffen die in 3D-printen gebruikt worden, zijn recycleerbaar.

Conclusie

Nu de wereld zich meer dan ooit bewust is van de gevaren van plasticvervuiling, worden verschillende stappen genomen om het gebruik van kunststoffen te verminderen. Een van deze stappen is de ontwikkeling van biologisch afbreekbare materialen die 3D-geprint kunnen worden, om de kracht van dit opmerkelijke productieproces te benutten terwijl het milieu wordt beschermd.

Op dit moment is PLA echter het enige breed beschikbare biologisch afbreekbare 3D-printmateriaal. Upload uw modellen op ons instant offerteplatform om een offerte voor uw PLA-delen van Xometry te krijgen.