Temperaturabhängigkeit von 3D-gedruckter Lehm-PLA-Mischungen

Für manche Anwendungsfälle hat PLA nicht die besten Materialeigenschaften, es ist relativ spröde und hat eine schlechte Kristallisierungseigenschaft. Ein Team aus Forschern hat nun überprüft, ob sich die Eigenschaften positiv beeinflussen lassen wenn Ton und PLA gemischt werden. Im Fachartikel “3D Printing of PLA/clay Nanocomposites: Influence of Printing Temperature on Printed Samples Properties,” haben sie ihre Erkenntnisse zusammengefast.

Das Team hat zwei Sorten PLA (4032D und 2003D) verwendet und diese mit Hilfe eines Doppelschneckenextruder verwendet. es wurde dabei mit einem Schichtsilikat verbunden. Danach wurde PLA und PLA Ton Filament hergestellt, dafür wurde ein Schneckenextruder verwendet. Das resultierende Filament wurde auf einem FDM 3D-Drucker verarbeitet um knochenähnliche und prismatische Objekte herzustellen. Beim Drucken hat das Wissenschaftsteam die Extrudertemperatur in drei Stufen erhöht, bei 4032D auf 185°C, 200°C und 215°C (bei 2003D auf 165°C, 180°C und 195°C).

Alle Proben wurden nach dem Druck genau untersucht, so wurde die thermogravimetrische Analyse (TGA) und dynamische Differenzkalorimetrie (DDK) angewendet um das Verhalten bei Hitzeeinfluss zu bestimmen. Eine dynamisch-mechanische Analyse (DMA), sowie ein Zugversuch wurde gemacht, um die mechanischen Eigenschaften zu prüfen.

Unterschiedliches Verhalten bei Temperatur

Sie fanden dabei heraus, dass das Elastizitätsmodul beim ersten PLA (4032D) bei steigender Drucktemperatur auch weiter ansteigt, das zweite PLA sich aber umgekehrt verhält. Die Forscher können dieses Verhalten auf die unterschiedliche makromolekularen Polymerstruktur der Filamente zurückführen.

Der Grund für die Studie, war es die Eigenschaft von PLA weiter zu verbessern. Positive Verbesserungen wurden bereits mit Nanofüllstoffen wie Schichtsilicaten und Kohlenstoff-Nanoröhrchen erzielt aber kaum eine Studie hat sich mit Ton als Ergänzung für PLA beschäftigt.

“Diese Studie zeigte, dass die Drucktemperatur nicht nur für die Schmelztemperatur, sondern auch für die Polymerarchitektur und / oder Nanokompositmorphologie im Falle von Nanokompositsystemen gewählt werden sollte”, schlussfolgern die Forscher. “Daher könnten potentielle Anwendungen gefunden werden, wenn man sowohl die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften berücksichtigt, wenn die richtige Temperatur verwendet wird, als auch physikalische / ästhetische Eigenschaften, wie einen unterschiedlichen Grad an Transparenz.”