Porównywanie trójwymiarowych części drukowanych wykonanych z PLA i Virgin

Podczas gdy drukowanie 3D wciąż rośnie skokowo, wciąż generuje dużo odpadów, z powodu usuniętych struktur wsparcia, jednorazowych prototypów, nieudanych wydruków i wielokrotnych iteracji. Na szczęście PLA ulega biodegradacji, a odpady można łatwo zarządzać na wiele sposobów, takich jak spalanie, kompostowanie i składowanie na składowiskach. Jednak najlepszą metodą jest recykling: pod względem oddziaływania na środowisko jest 16 razy lepszy od spalania i 50 razy lepszy od kompostowania, a jego ślad węglowy jest 3000 razy mniejszy niż w przypadku niektórych tworzyw sztucznych na bazie ropy naftowej, takich jak ABS.

Z biegiem lat wiele firm drukujących 3D zaczęło oferować włókna drukarskie 3D, które zostały wyprodukowane z przetworzonych odpadów komunalnych, a nawet same włókna z recyklingu. Dostępne są również wytłaczarki z włókien ciągłych dla osób, które chcą odzyskać zużyty materiał w domu. Naukowcy Isabelle Anderson opublikowali niedawno pracę zatytułowaną "Mechaniczne właściwości próbek 3D drukowane za pomocą Virgin i przetworzonego kwasu polimlekowego" na temat jej pracy oceniającej różne właściwości wydrukowanych w 3D próbek testowych wykonanych z pierwotnego włókna PLA i porównując je z próbkami wykonanymi z PLA włókno wykonane z recyklingu oryginalnych wydruków 3D.

Streszczenie brzmi: "Przy 26% rocznej szybkości wzrostu produkcji dodatków, szczególnie w zakresie druku 3D na polimerach, ilość odpadów rośnie szybka stopa. Przeprowadzono ograniczone badania w dziedzinie recyklingu, ale opracowano kilka maszyn do recyklingu do użytku domowego. Mimo tych prac nie opublikowano żadnych danych mechanicznych dotyczących komponentów wytwarzanych z włókien wtórnych z nadrukowanych części 3D. Dane na temat właściwości mechanicznych wszelkich materiałów drukowanych w 3D są bardzo ograniczone. W tym artykule porównano właściwości części drukowanych w 3D z pierwotnym kwasem polimlekowym (PLA) do tych drukowanych z odzyskanym PLA. Wykorzystując komercyjnie dostępny PLA i drukarkę 3D na poziomie podstawowym, wytworzono próbki rozciągające i ścinające, a następnie zbadano wytrzymałość na rozciąganie, moduł sprężystości, wytrzymałość na ścinanie i twardość. Próbki następnie zmielono i ponownie wytłoczono na filament, a drugi zestaw próbek wytworzono i testowano przy użyciu tego recyklowanego żarnika PLA. Testy mechaniczne wykazały, że druk 3D z recyklingowego PLA jest realną opcją. W przypadku włókna z recyklingu wytrzymałość na rozciąganie zmniejszyła się o 10,9%, wytrzymałość na ścinanie wzrosła o 6,8%, a twardość o 2,4%. Moduł sprężystości na rozciąganieelastyczność była statystycznie niezmieniona. Chociaż średnie właściwości mechaniczne przed i po recyklingu były podobne, to jednak wyniki zmienionego włókna ciągłego były bardziej zróżnicowane. Dodatkowo, przy drukowaniu z recyklowanym filamentem występowało zatkanie dyszy, podczas gdy nic nie występowało w filtrze dziewiczym. Ogólnie rzecz biorąc, właściwości mechaniczne próbek 3D drukowanych z odzyskanego włókna PLA były podobne do właściwości pierwotnych, zachęcając do dalszego rozwoju w dziedzinie recyklingu filamentu 3D drukowanego. " CD3D .

Dystrybucyjny recykling w firmach i domach, w porównaniu ze scentralizowanym recyklingiem, może zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych i potencjalnie może zaoszczędzić ponad 100 milionów MJ energii rocznie. Jednak nie ma zbyt wielu danych na temat właściwości mechanicznych pierwotnych drukowanych tworzyw sztucznych 3D, a jeszcze mniej na temat recyklingowanych tworzyw sztucznych 3D.

Anderson zdecydował się na ocenę PLA w swoich badaniach, ponieważ jest dość łatwa do recyklingu na filament i wydrukowano w 3D wszystkie próbki na Flashforge Creator.

"Wstępne próbki do badań wytworzono przy użyciu pierwotnego włókna PLA o nominalnej średnicy 1,75 mm. Próbki na rozciąganie zostały wykonane zgodnie z normą amerykańskiego stowarzyszenia materiałów testowych (ASTM) D638-14 typu IV ", napisał w artykule Anderson. "Próbki ścinania zostały wykonane jako kwadratowe płytki o wymiarach 51,2 × 51,2 × 3,9 mm."

Próby rozciągania i ścinania zostały przeprowadzone na maszynie testującej Instron 3369, podczas gdy użyto ręcznego twardościomierza Shore D aby przetestować twardość cztery razy ze środka ścinanych próbek. Po przetestowaniu próbek wykonanych z pierwotnego włókna PLA, Anderson wysłał je do Filabot, gdzie następnie zostały zmielone i ponownie wytłoczone do filamentu drukowego 3D 1.75 mm.

"Po otrzymaniu ponownie wytłoczonego włókna ciągłego Drugi zestaw próbek rozciągania i ścinania wytworzono przy użyciu tego samego sprzętu, oprogramowania i metody, jak w pierwszym zestawie. Te próbki zostały następnie przetestowane przy użyciu tego samego sprzętu i metod opisanych powyżej ", napisał Anderson.

Wyniki wykazały, że właściwości próbek 3D drukowanych z pierwotnym PLA były podobne do właściwości włókna z recyklingu, które jest "Zachęcanie do rozwoju technologii recyklingu w obszarze druku 3D."

"Mimo niewielkich trudności w pracy z włóknem z recyklingu, wyprodukowano próbki o bardzo dużej użytecznościwłaściwości ", napisał w gazecie Anderson. "Te dane są jednymi z pierwszych z dużymi próbkami o wielkości 25-32, pokazującymi wartości wytrzymałości na rozciąganie, ścinanie i twardość dla wydrukowanego PLA 3D, zarówno w formacie pierwotnym, jak i przetworzonym. Weryfikacja ta polega na tym, że przy użyciu drukarki 3D na poziomie podstawowym można wytwarzać komponenty z włókien ciągłych poddanych recyklingowi z wcześniej wydrukowanych części 3D o stałych właściwościach mechanicznych, które są tylko nieznacznie mniejsze niż części oryginalne. "

Te dwa rodzaje próbek nawet wyglądał podobnie, wyświetlając spójne wykończenie powierzchni i średnicę. Istniały jednak pewne różnice pomiędzy recyklowanym i pierwotnym PLA, w tym fakt, że średnie mechaniczne właściwości drukowanych trójwymiarowych próbek poddanych recyklingowi były o 2-11% niższe niż w przypadku druków wykonanych z pierwotnego PLA. Dodatkowo, średnia wytrzymałość na ścinanie materiału z recyklingu była o 6,8% wyższa niż w przypadku pierwotnego PLA. Istnieje jednak kilka możliwych przyczyn tych rozbieżności, takich jak inny współczynnik Poissona.