Eine Studie über das Recycling von Polyamid 12-Pulver in 3D-Druckfilamenten

In einer Forschungsarbeit beschäftigt sich die Studentin Ha Thi Thuy Dung mit der Prüfung der Wiederverwendung von Nylon PA12-Pulver aus dem 3D-Druck-Multi Jet Fusion (MJF) Drucker. Die Ergebnisse des Autors wurden in der kürzlich veröffentlichten Dissertation “A Study on Recycling of Waste Polyamide 12 Powder into 3D Printing Filaments” beschrieben.

Nylon Polyamid 12 (PA12) wird von vielen Anwendern gewählt, da es sowohl hart als auch flexibel ist und eine hohe Druckleistung mit starker Schichthaftung bietet. Dung Ha betrachtet PA12 aufgrund seiner außergewöhnlichen Eigenschaften als wertvoll für Studien und Recycling, weist jedoch auch darauf hin, dass es auch beim Umgang mit diesem Stoff aufgrund von Problemen mit dem Verlust der Integrität nach der Verarbeitung und der Tendenz zur Wasseraufnahme bestimmte Herausforderungen gibt. Da der Autor einen starken Fokus auf die Laborarbeit legt, ist Sicherheit ein Hauptanliegen und ein umfassender Teil dieser Studie. Das eigentliche Thema ist jedoch, wie das Pulver als 3D-Druckfilament recycelt und wiederverwendet werden kann.

PA12 ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien im 3D-Druck und insbesondere für Forscher und Ingenieure. Vorteile dieses 3D-Druckpulvers sind Chemische Resistenz, Wasserbeständigkeit, gute mechanische Eigenschaften und Spannungsrissbeständigkeit.

Dieses Pulver eignet sich für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen, einschließlich Rapid Prototyping, für medizinische Modelle und mehr, und kann insgesamt mit verschiedenen Additiven wie Kohlenstoff, Glas oder Aluminium verbessert werden. 3DTech verwendet PA12 für seine 3D-Druckprodukte, normalerweise mit einer Partikelgröße von etwa 55 – 60 µm, und sie haben das in der Studie verwendete Abfallprodukt beigesteuert.

“Da PA12-Pulver in dieser Forschung zur Mikropartikel-Gruppe gehört und auf dem Sicherheitsdatenblatt für PA12-Pulver basiert, wird die Explosion von Feinpulver und die gesundheitlichen Auswirkungen von Feinpulver durch Inhalation in dieser Arbeit mit großer Aufmerksamkeit betrachtet”, sagte Dung Ha.

Der häufigste Grund für eine Staubwolkenexplosion ist normalerweise ein Funke, der sich irgendwo im Labor bildet. In einigen Fällen können Explosionen auftreten, insbesondere wenn eine Kombination aus Staub und Luft vorliegt, die aufgrund intensiver Konzentrationen als gefährlich betrachtet wird. Dies geschieht tendenziell mit feineren Partikelgrößen.

Die Sicherheit muss berücksichtigt werden, und auch wenn die Entflammbarkeit ein Problem ist, stehen Emissionen auch beim 3D-Druck häufig in Frage. Benutzer können feine Partikel leicht einatmen, was zu Gesundheitsrisiken führen kann, insbesondere aufgrund der kleineren Partikel:

„Da können sie tief in die Lunge gehen; Sie können eine Chance auf chemische Absorption in das Blut bieten, zusammen mit der physischen Interaktion mit dem Atemsystem “, erklärt Dung Ha.

In den letzten Jahren wurden mehrere andere Studien in Bezug auf Partikel und Emissionen durchgeführt, z. B. spezifische Tests für die Luftqualität in Innenräumen sowie die Untersuchung der Emissionen insgesamt. Der Autor geht hier detaillierter als gewöhnlich vor, um zu sehen, wie die Benutzer verhindern können, dass die Exposition sie beeinträchtigt oder sie in einer unglücklichen Explosion verletzt. Die ordnungsgemäße Handhabung muss beachtet werden. Tragen Sie geeignete Schutzausrüstung wie Schutzbrille, Laborkittel, Masken und befolgen Sie Maßnahmen wie das Waschen aller mit Puder in Berührung kommenden Bereiche sowie das Vermeiden von Essen und Trinken im Labor.

Der chemische Abbau und die Oxidation von PA12-Pulver in einem nicht geschmolzenen Zustand ist ein Problem, und wie Dung Ha hervorhebt, “erhöhen Zeit und Wärme des Druckbetts nahe dem Schmelzpunkt das Molekulargewicht von PA12-Pulver, wodurch die Viskosität von PA12-Pulver abnimmt” . Durch Oxidation verfärbt sich das weiße Pulver auch gelb und braun, und Abfallpulver muss verbessert werden. Um Degradation und Verfärbung zu bekämpfen, haben andere Forscher bisher Wolframkarbid (WC) als Zusatz verwendet.

Für die Herstellung von Filamenten aus recycelten Materialien verwendete der Forscher eine 1,75 mm Düse mit einer konstanten Temperatureinstellung von 180 °C. Beim Experimentieren gab es einige Herausforderungen, und die Anpassung des WC-Additivs half dabei. Der Forscher kam jedoch zu dem Schluss, dass es einfach nicht möglich ist, aus einem hochfesten Filament ein „hochfestes 3D-Produkt“ herzustellen. Dung Ha empfiehlt, dass Benutzer bei der Entwicklung von Filamenten die Leistung des verwendeten FDM 3D-Drucksystems berücksichtigen müssen.

Insgesamt gelangte der Autor zu dem Schluss, dass recycelte Filamente ein Erfolg waren, was zu einer guten Zugfestigkeit und einem guten Modul führte. Das Filament funktionierte auch in MakerBot Replicator 2.0 erfolgreich, ohne dass es zu Verstopfungen kam.