Wydruki 3D wykonane z granulatu PLA mają tą samą wytrzymałość mechaniczną co wydruki 3D z filamentu

Naukowcy z Technological University of the Shannon w Irlandii przeprowadzili badanie, w którym porównywali części wydrukowane na drukarkach 3D z granulatu z częściami drukowanymi z filamentów. Badanym materiałem było PLA, a testy dotyczyły wytrzymałości i ogólnej jakości wyprodukowanych części. Wyniki badania zostały opublikowane w czasopiśmie Additive Manufacturing i sfinansowane przez Europejską Agencję Kosmiczną.

Głównym powodem przeprowadzenia badań, była chęć wykorzystywania zużytych resztek filamentu, lub odpadów powstałych podczas procesu druku 3D (struktury podporowe, raft lub nieudane wydruki 3D) w formie granulatu. Wcześniej prowadzone badania w tym zakresie przyniosły mieszane wyniki – niektóre wykazały gorszą wydajność mechaniczną części powstałych z granulatu, podczas gdy inne raportowały porównywalną lub nieco lepszą wydajność. Niezależnie od tego, badania te ograniczały się wyłącznie do oceny wytrzymałości na rozciąganie lub zginanie i brakowało im jasnego uzasadnienia.

Aby zaradzić tej niepewności i lukom badawczym, przeprowadzono kompleksowe porównanie i analizę wydajności mechanicznej próbek wydrukowanych przez te dwa typy drukarek 3D stosujących technikę wytłaczania tworzyw sztucznych. Przeprowadzone testy obejmowały próby na rozciąganie, udarność, trzypunktowego zginania oraz testy twardości. Ponadto przeprowadzono testy z użyciem mikroskopu elektronowego (SEM), różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), obrazowanie termiczne, testy reologiczne i chromatografię żelowo-permeacyjną (GPC).

Do testów użyto filamentu PLA o średnicy 1,75 mm, który został wyprodukowany przez firmę Real Filament z Holandii. Przed wprowadzeniem do drukarki 3D był najpierw suszony w temperaturze 40°C przez 8 godzin i przechowywany w opakowaniu próżniowym. Do druku 3D z granulatu użyto ten sam filament pocięty na kawałki o długości 1–2,5 mm. Części użyte do testów były drukowane w temperaturze 200°C na stołach roboczych o temperaturze 50°C. Wysokość warstwy to 0,1 mm, a wypełnienie wynosiło zawsze 100%.

Wyniki nie wykazały istotnych różnic (P > 0,05) we właściwościach mechanicznych części wydrukowanych z filamentów i granulatu pod względem właściwości rozciągających, wytrzymałości na zginanie i modułu sprężystości oraz udarności. Pojawiła sięjednak znacząca różnica w twardości Shore’a D i naprężeniu zginającym przy zerwaniu między dwiema metodami, a złożona lepkość wydrukowanych próbek z granulatu była większa niż w przypadku odpowiedników wykonanych z filamentu.

Co ciekawe, średnie masy cząsteczkowe wydrukowanych próbek z granulatu były wyższe niż próbek z filamentu, co można przypisać niższej rzeczywistej temperaturze wytłaczania tego pierwszego ze względu na jej inne położenie między grzałką, termistorem i komorą topienia w porównaniu z tradycyjną głowicą drukującą w drukarkach 3D typu FDM / FFF.

Jak stwierdzają naukowcy, dzięki porównywalnym właściwościom mechanicznym drukowanych próbek, druk 3D z granulatu pozwala uniknąć konieczności wytwarzania filamentu i daje możliwość recyklingu odpadów termoplastycznych. Powoduje to oszczędności kosztów, mniejszy wpływ na środowisko oraz bardziej wydajne i usprawnione procesy druku 3D.

Pełny tekst opracowania, wraz ze szczegółową analizą otrzymanych wyników można przeczytać tutaj.

Źródło: www.sciencedirect.com