Estudio de la Interacción entre la Morfología del Derretido, la Reología y la Imprimibilidad en 3D de Mezclas de Ácido Poliláctico/Poli(3-Hidroxibutirato-Co-3-Hidroxivalerato)
Autores: Costantini, Marco; Cognini, Flavio; Angelini, Roberta; Alfano, Sara; Villano, Marianna; Martinelli, Andrea; Bolzonella, David; Rossi, Marco; Barbetta, Andrea
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Los materiales poliméricos hechos de fuentes renovables que pueden biodegradarse en el medio ambiente están atrayendo una considerable atención como sustitutos de los polímeros basados en petróleo en muchos campos, incluida la fabricación aditiva y, en particular, el Modelado por Deposición Fundida (FDM). Entre otros, los poli(hidroxialcanoatos) (PHA) tienen un potencial significativo como candidatos para FDM, ya que cumplen con los estándares de sostenibilidad y biodegradabilidad mencionados anteriormente. Sin embargo, el PHA más utilizado, que consiste en el homopolímero de poli(hidroxi-butirato) (PHB), tiene un alto grado de cristalinidad y baja estabilidad térmica cerca del punto de fusión. Como resultado, su aplicación en FDM aún no ha alcanzado una adopción generalizada. Introducir un monómero con un mayor volumen excluido, como el hidroxi-valerato, en la estructura primaria del PHB, como en los copolímeros de poli(hidroxi-butirato-co-valerato) (PHBV), reduce el grado de cristalinidad y la temperatura de fusión, mejorando así la imprimibilidad del PHA. Mezclar ácido poliláctico (PLA) amorfo con PHBV mejora aún más la imprimibilidad del PHA a través de FDM. En este trabajo, investigamos la imprimibilidad de dos mezclas caracterizadas por diferentes proporciones de peso de PLA y PHBV (25:75 y 50:50), revelando la estrecha conexión entre las microestructuras de la mezcla, la reología del derretido y la imprimibilidad en 3D. Por ejemplo, el tiempo de relajación asociado con la hinchazón del dado durante la extrusión determina el diámetro del filamento extruido, mientras que las propiedades viscoelásticas determinan el rango de velocidad de extrusión disponible. A través de un exhaustivo análisis de los parámetros de impresión, como la velocidad de deposición, el diámetro de la boquilla, el porcentaje de flujo y la temperatura de la plataforma de deposición, determinamos las condiciones óptimas de impresión para las dos mezclas de PLA/PHBV. Resultó que la mezcla con una proporción de peso de 50:50 podía imprimirse más rápido y con mayor precisión. Tal conclusión fue validada al replicar con notable fidelidad objetos de alta complejidad, como un modelo de la cresta ilíaca afectada por cáncer de un paciente.
Descripción
Los materiales poliméricos hechos de fuentes renovables que pueden biodegradarse en el medio ambiente están atrayendo una considerable atención como sustitutos de los polímeros basados en petróleo en muchos campos, incluida la fabricación aditiva y, en particular, el Modelado por Deposición Fundida (FDM). Entre otros, los poli(hidroxialcanoatos) (PHA) tienen un potencial significativo como candidatos para FDM, ya que cumplen con los estándares de sostenibilidad y biodegradabilidad mencionados anteriormente. Sin embargo, el PHA más utilizado, que consiste en el homopolímero de poli(hidroxi-butirato) (PHB), tiene un alto grado de cristalinidad y baja estabilidad térmica cerca del punto de fusión. Como resultado, su aplicación en FDM aún no ha alcanzado una adopción generalizada. Introducir un monómero con un mayor volumen excluido, como el hidroxi-valerato, en la estructura primaria del PHB, como en los copolímeros de poli(hidroxi-butirato-co-valerato) (PHBV), reduce el grado de cristalinidad y la temperatura de fusión, mejorando así la imprimibilidad del PHA. Mezclar ácido poliláctico (PLA) amorfo con PHBV mejora aún más la imprimibilidad del PHA a través de FDM. En este trabajo, investigamos la imprimibilidad de dos mezclas caracterizadas por diferentes proporciones de peso de PLA y PHBV (25:75 y 50:50), revelando la estrecha conexión entre las microestructuras de la mezcla, la reología del derretido y la imprimibilidad en 3D. Por ejemplo, el tiempo de relajación asociado con la hinchazón del dado durante la extrusión determina el diámetro del filamento extruido, mientras que las propiedades viscoelásticas determinan el rango de velocidad de extrusión disponible. A través de un exhaustivo análisis de los parámetros de impresión, como la velocidad de deposición, el diámetro de la boquilla, el porcentaje de flujo y la temperatura de la plataforma de deposición, determinamos las condiciones óptimas de impresión para las dos mezclas de PLA/PHBV. Resultó que la mezcla con una proporción de peso de 50:50 podía imprimirse más rápido y con mayor precisión. Tal conclusión fue validada al replicar con notable fidelidad objetos de alta complejidad, como un modelo de la cresta ilíaca afectada por cáncer de un paciente.