Biologisch abbaubare 3D-Druckmaterialien

Der 3D-Druck hat eine Welt voller Fertigungsmöglichkeiten eröffnet. Mit diesem additiven Fertigungsverfahren lassen sich sowohl einfache als auch hochkomplexe Teile schnell und kostengünstig fertigen. Heutzutage sind verschiedene Arten von 3D-Drucktechnologien im Einsatz. Viele von ihnen folgen jedoch demselben weit gefassten Arbeitsprinzip; Ein Material wird in einen halbgeschmolzenen Zustand erhitzt und Schicht für Schicht vom 3D-Drucker aufgetragen, wobei die Informationen eines CAD-Modells verwendet werden, bis das Teil geformt ist. Der Prozess des 3D-Drucks erfordert, dass Materialien schmelzen, umformen und wiederverfestigen oder aushärten können, ohne dass sich ihre Eigenschaften wesentlich ändern.

Aus diesem Grund sind Thermoplaste, die die erforderlichen Eigenschaften besitzen, die am häufigsten verwendeten Materialien im 3D-Druck. Kunststoffe sind jedoch nicht biologisch abbaubar. Sie gefährden die Umwelt, wenn sie nicht ordnungsgemäß entsorgt werden. Aus diesem Grund werden immense Anstrengungen unternommen, um biologisch abbaubare (umweltfreundliche) Materialien zu entwickeln, die mit dem 3D-Druck kompatibel sind und zur Herstellung voll funktionsfähiger Teile verwendet werden können.

In diesem Artikel gibt Xometry einen Überblick über biologisch abbaubare 3D-Druckmaterialien, die bereits auf dem Markt erhältlich sind, wie PLA, und solche, die noch für einen effizienten 3D-Druck entwickelt werden.

PLA

PLA (Polymilchsäure) ist der beliebteste und zugänglichste biologisch abbaubare Kunststoff, der im 3D-Druck verwendet wird.

Dieser Polyester wird aus Milchsäure hergestellt, die aus der Fermentation von Kohlenhydratquellen wie Zuckerrohr und Stärke unter kontrollierten Bedingungen gewonnen wird. PLA wird aus Milchsäure entweder durch direkte Kondensation von Milchsäuremonomeren oder durch Polymerisation von Lactid, einem Milchsäurederivat, hergestellt.

PLA wird hauptsächlich in Kombination mit dem FDM-3D-Druck verwendet. Es ist ein Thermoplast und kann geschmolzen und umgeformt werden, ohne seine Eigenschaften zu verlieren. Es hat auch gute mechanische Eigenschaften, die mit Polypropylen und Polyurethan verglichen werden können. Seine thermischen Eigenschaften sind zufriedenstellend, aber nicht großartig im Vergleich zu ABS.

Einige der Vorteile von PLA, abgesehen davon, dass es biologisch abbaubar ist, sind wie folgt:

• Es wird aus natürlichen, erneuerbaren Quellen hergestellt
• Es ist als sicher für Lebensmittelverpackungen zertifiziert
• Es ist nicht toxisch und kann für medizinische Anwendungen verwendet werden

Einige Nachteile sind andererseits:

• Es ist nur in speziellen, kontrollierten Kompostierungsumgebungen biologisch abbaubar
• Es gibt einige Kontroversen um die Tatsache, dass große Mengen an Lebensmitteln, wie Mais, bei der Herstellung von Biokunststoffen verwendet werden.
• Im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten erdölbasierten Kunststoffen ist es etwas mangelhaft in Festigkeit und Kristallinität.

PLA wird häufig in Besteck, Lebensmittelverpackungen, Gesundheitspflege, Textilien und Kosmetika verwendet. Es ist eines der am weitesten verbreiteten Filamente für den 3D-Druck.

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Zögern Sie nicht, PLA als eine der Optionen aus dem Angebot von Xometry an 3D-Druckmaterialien zu wählen.

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PHA

PHA (Polyhydroxyalkanoate) ist ein Biokunststoff, der durch die Züchtung bestimmter Bakterien hergestellt wird. Das Material wird in den Zellen der Bakterien synthetisiert und als stark reflektierendes Granulat extrahiert.

PHA ist im 3D-Druck weitaus weniger beliebt als PLA und befindet sich noch in der Entwicklung. Derzeit ist es auf dem Markt praktisch nicht verfügbar und daher teurer. Auf der positiven Seite wird es viel schneller biologisch abgebaut und es dauert nur ein bis drei Monate, bis es abgebaut ist. Die Eigenschaften von PHA-Polymeren variieren leicht je nach ihrer chemischen Zusammensetzung. Sie sind thermoplastisch, elastisch und haben eine gute Feuchtigkeitsbeständigkeit.

Einige der Vorteile von PHA sind wie folgt:

• Es ist biologisch abbaubar, der Abbau dauert weniger als drei Monate
• Es hat wünschenswerte plastische Eigenschaften
• Es wird auf natürliche Weise aus Bakterien hergestellt
• Es ist UV-beständig

Einige seiner Einschränkungen sind:

• Es ist teuer in der Herstellung
• Es ist für Verbraucher weniger zugänglich

Im Vergleich zu anderen Biokunststoffen hatte PHA weniger Flexibilität, weniger Festigkeit und schlechtere thermische Eigenschaften

PHA wird noch intensiv für den Einsatz im 3D-Druck geforscht. Der Großteil der derzeitigen Verwendung dieses Materials liegt in der Herstellung von Verbundwerkstoffen mit anderen Kunststoffen.

FLAM

Pilzähnliches Zusatzmaterial (FLAM) ist ein weiteres natürliches Material, das den 3D-Druck revolutionieren kann. FLAM wird aus Zellulose und Chitin hergestellt, zwei der reichhaltigsten Polymere der Erde. Dieses äußerst vielseitige Material kann für die Holzbearbeitung, das Gießen, Formen und den 3D-Druck angepasst werden. Seine mechanischen Eigenschaften sind nahezu identisch mit denen von Polyurethanschaum. FLAM ist ein sehr neues Material, das nicht ohne Weiteres auf dem Markt erhältlich ist und noch weiterer Forschung bedarf. Es zeigt jedoch bereits viele Potenziale, wie in dieser Studie zu sehen ist.

Einige der Vorteile von FLAM sind wie folgt:

• Es wird aus nachhaltigen und reichlich verfügbaren natürlichen Quellen hergestellt
• Es ist sehr vielseitig und kann an verschiedene Herstellungsprozesse angepasst werden
• Es ist sehr erschwinglich und kostet zehnmal weniger als ABS oder PLA

Zu den Einschränkungen von FLAM gehören:

• Es ist ein relativ neues Material, das noch viel Forschung erfordert
• Der Prozess des 3D-Druckens von FLAM ist kompliziert

Verbundmaterialien

Aufgrund der Beschränkungen, die vielen biologisch abbaubaren Materialien innewohnen, werden Verbundstoffe entwickelt und verwendet, bei denen es sich um eine Kombination aus zwei oder mehr Materialien handelt, um ein neues Material zu bilden. Diese Verbundwerkstoffe vereinen die Vorteile der Ausgangsmaterialien und heben deren Einschränkungen oft auf oder reduzieren sie deutlich. Einige biologisch abbaubare Verbundwerkstoffe, die für den 3D-Druck verfügbar sind, umfassen:

• Algenbasiertes PLA
• PLA + PHA
• WoodFill (70 % PLA und 30 % Holzfaser)

Aber sie sind immer noch nicht weit verbreitet.

Recycelte Filamente

Obwohl sie nicht biologisch abbaubar sind, sind Filamente aus recyceltem Kunststoff umweltverträglich, da sie aus Kunststoff hergestellt werden, der sonst auf Müllhalden gelandet wäre. Die Mehrheit der gängigen Kunststoffe, die im 3D-Druck verwendet werden, sind recycelbar.

Fazit

Da sich die Welt heute mehr denn je der Gefahren der Plastikverschmutzung bewusst ist, werden verschiedene Schritte unternommen, um die Verwendung von Plastik zu reduzieren. Einer dieser Schritte ist die Entwicklung biologisch abbaubarer Materialien, die 3D-gedruckt werden können, um die Leistungsfähigkeit dieses bemerkenswerten Herstellungsprozesses zu nutzen und gleichzeitig die Umwelt zu schützen.

Derzeit ist jedoch das einzige weitgehend verfügbare biologisch abbaubare 3D-Druckmaterial PLA. Laden Sie Ihre Modelle auf unserer Sofortangebotsplattform hoch, um ein Angebot für Ihre PLA-Teile von Xometry zu erhalten.