Fabricación de ecofilamento con lignina para impresión 3D

Abstract

La impresión 3D es una tecnología disruptiva que cada vez está más presente en nuestro día a día, prueba de ello es el papel que ha jugado en la actual pandemia covid-19 en la producción de respiradores y otro material sanitario ante los problemas que ha sufrido la cadena de suministros. Se trata de una tecnología que se encuentra en continuo crecimiento, cada vez son más los usos y los sectores que la utilizan. En este contexto, se hace necesario encontrar materiales de impresión alternativos que permitan mejorar las propiedades de los actuales y que, además, sean respetuosos con el medio ambiente. Este proyecto tiene como objetivo la fabricación de un ecofilamento de PLA cargado con lignina. La tecnología de impresión 3D elegida para la fabricación de las probetas utilizadas en los ensayos ha sido la tecnología FDM. En este proyecto se analiza como el uso de una sustancia como la lignina modifica las propiedades mecánicas y térmicas de los materiales de impresión. Se trata de un material “eco-friendly” muy abundante en la naturaleza, de hecho, es el segundo biopolímero más abundante tras la celulosa. Se ha procedido al estudio de las propiedades mecánicas y térmicas de filamentos de PLA comercial, PLA de granza y PLA con madera. Para ello, se han realizado ensayos mecánicos a tracción, flexión e impacto con probetas normalizadas y ensayos mecánicos, térmicos y de degradación de la masa con los filamentos extruidos y con el filamento comercial. Estos ensayos han permitido determinar que direcciones de impresión de probetas son más útiles según el ensayo que realizamos, así como, la variación de las propiedades del PLA al añadir la lignina que contiene la madera. Por último, se ha procedido a determinar la variación de la estructura molecular interna mediante los ensayos de degradación de masa.

3D printing is a disruptive technology that is increasingly present in our day to day, proof of this is the role it has played in the current covid-19 pandemic in the production of respirators and other medical supplies in the face of the problems it has suffered the supply chain. It is a technology that is in continuous growth, there are more and more uses and sectors that use it. In this context, it is necessary to find alternative printing materials that allow to improve the properties of the current ones and that, in addition, are respectful with the environment. This project aims to manufacture a lignin-loaded PLA ecofilament. The 3D printing technology chosen for the manufacture of the specimens used in the tests has been FDM technology. This project analyzes how the use of a substance such as lignin modifies the mechanical and thermal properties of printing materials. It is an "eco-friendly" material that is very abundant in nature, in fact, it is the second most abundant biopolymer after cellulose. The mechanical and thermal properties of commercial PLA filaments, pellet PLA and PLA with wood have been studied. To this end, mechanical tensile, bending and impact tests have been carried out with standardized specimens and mechanical, thermal and mass degradation tests with extruded filaments and with commercial filament. These tests have made it possible to determine which test tube printing directions are more useful according to the test we carry out, as well as the variation of the properties of PLA when adding the lignin contained in the wood. Finally, the variation of the internal molecular structure has been determined by means of mass degradation tests.