Biobasierte Filamente: Almond PLA ist geboren

In den Crea3D-Laboren wird Innovation kombiniert mit Nachhaltigkeit, und die Experimentieren Zu den grundlegenden Themen, auf die wir uns konzentrieren, gehört die Beschäftigung mit neuen Materialien für den 3D-Druck. Vor diesem Hintergrund entstand ein Projekt, das Biotechnologie, Kreislaufwirtschaft und additive Fertigung vereint: die Schaffung eines zusammengesetztes PLA-Filament, erhalten durch Verstärkung der Polymermatrix mit Pulver aus Mandelschalen, ein weit verbreiteter, aber unterbewerteter landwirtschaftlicher Lebensmittelabfall.

Das Ziel dieser Forschung ist zweifach: Einerseits die Untersuchung der technisches und mechanisches Potenzial aus einem biobasierten Verbundwerkstoff; andererseits, um konkret zu zeigen, wie ein Kreislaufansatz kann auch im 3D-Druckbereich eingesetzt werden und trägt dazu bei, Reduzieren Sie die Umweltbelastung durch Kunststoffedie am häufigsten verwendeten.

 

 

Das Projekt wurde im Rahmen einer Curriculumpraktikum in Zusammenarbeit mit der Polytechnikum Bari, der die Leistungstests unter Einbeziehung eines Studierenden des Studiengangs durchführt Maschinenbau, die an allen Phasen des Experimentierens aktiv teilgenommen haben, von der Vorbereitung der Rohstoffe bis zur mechanischen Charakterisierung der gedruckten Proben.

Die Entscheidung, Agrar- und Lebensmittelabfälle als Verstärkung für Polymermaterialien zu verwenden, ist das Ergebnis einer breiteren Reflexion über die Kreislaufwirtschaft und die Notwendigkeit den Einsatz neuer Rohstoffe reduzieren. DER Mandelschalen, die normalerweise als landwirtschaftliche Abfälle betrachtet werden, stellen tatsächlich eine interessante Ressource für ihre faserige Struktur und die Leichtigkeit, mit der sie in Pulver umgewandelt werden können, die mit thermoplastischen Matrizen wie PLA kompatibel sind. Das Ziel ist nicht nur technischer, sondern auch ethischer Natur: Materialien mit geringerem ökologischen Fußabdruck zu schaffen, die den Anwendungsanforderungen gerecht werden, ohne die Prozessnachhaltigkeit produktiv.

Eines der Schlüsselelemente des Projekts ist die Verwendung eines Extruder der Marke 3devo, eine fortschrittliche Plattform zur Herstellung experimenteller Filamente. Dieses Tool hat sich als entscheidend erwiesen, um die im Forschungs- und Entwicklungskontext erforderliche Qualität, Wiederholbarkeit und Präzision sicherzustellen.

 

 

Der experimentelle Workflow

Um die Reproduzierbarkeit und Validität der Ergebnisse sicherzustellen, wurde ein detaillierter und methodischer Arbeitsablauf definiert, der die folgenden Schritte umfasste:

1. Naturfaseraufbereitung
Die Mandelschalen wurden zunächst einem mechanischen Zerkleinerungsschritt unterzogen, anschließend erfolgte eine Feinmahlung. Das resultierende Material wurde dann mit einem kalibrierten Sieb gesiebt, um ein Pulver mit einer Körnung von weniger als 0,4 mm zu erhalten. Dieser Wert wurde gewählt, um die Kompatibilität mit PLA während der Extrusion zu optimieren und das Verstopfungsrisiko zu verringern.

2. Trocknen und Mischen
Um eine Zersetzung oder Blasenbildung während der Extrusion zu vermeiden, wurden sowohl die PLA-Pellets als auch die Mandelfasern bei kontrollierter Temperatur getrocknet. Die Mischung wurde in einem Verhältnis von 95 % PLA – 5 % Fasern zubereitet, wobei die Materialien mit Präzisionswaagen dosiert und vor dem Einfüllen in den Trichter gleichmäßig vermischt wurden.

 

 

3. Extrusion
Das Extrudieren des Verbundfilaments erforderte eine sorgfältige Kalibrierung der Parameter. Dank der vier unabhängigen Heizzonen war es möglich, ein stufenweises und spezifisches Wärmeprofil für die Mischung einzustellen. Die Durchmesserüberwachung in Echtzeit gewährleistete die Produktion eines konsistenten 1,75-mm-Filaments, einem Schlüsselparameter für den FDM-Druck. Die spezielle Software ermöglichte die Aufzeichnung detaillierter Daten zu Temperaturen, Schneckengeschwindigkeiten und Prozessstabilität und bot so wertvolle Unterstützung für alle zukünftigen Iterationen.

4. Prozessoptimierung und -stabilisierung
Bei den ersten Tests zeigten sich Schwierigkeiten bei der homogenen Verteilung der Fasern in der Polymermatrix, was zu Schwankungen im Durchmesser des Filaments führte. Durch anschließende Optimierungen – sowohl in der Mischphase als auch in der Temperaturregelung – konnte ein stabiles, druckfertiges Produkt erhalten werden.

5. Qualitätskontrollen am Filament
Das resultierende Filament wurde mit einem digitalen Messschieber einer Maßprüfung und einer visuellen Analyse unterzogen, um die Homogenität der Faserverteilung zu bewerten. Nach der Validierung wurde es zum Drucken standardisierter Proben für mechanische Tests verwendet.

 

 

Das Schlüsselelement des Experiments: die 3devo-Extruder

Der Erfolg dieser experimentellen Aktivität wurde auch durch die Verwendung eines 3devo Extruder, eine kompakte und dennoch hochprofessionelle Maschine, die speziell für die Herstellung und Entwicklung von kundenspezifischen Filamenten entwickelt wurde. Seine erweiterte Konfiguration macht es zu einem idealen Werkzeug für Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten sowohl im akademischen als auch im industriellen Umfeld.

Zu den Hauptmerkmalen gehören:

• Vier unabhängige Heizzonen, die eine präzise und modulare Steuerung des thermischen Profils entlang der Schraube ermöglichen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, wenn Sie mit Verbundwerkstoffen arbeiten, bei denen Sie ein reibungsloses, gleichmäßiges Schmelzen des Polymers und des Füllstoffs sicherstellen müssen.
• Echtzeitüberwachung des Filamentdurchmessers, mit dynamischer Anpassung, um die gewünschte Größe (in unserem Fall 1,75 mm) konstant beizubehalten. Dies gewährleistet eine hohe Extrusionsqualität, vermeidet Abfall und vereinfacht die nächste Druckphase.
• Proprietäre Software zur Datenerfassung, mit dem Sie wichtige Parameter wie Temperatur, Schneckengeschwindigkeit, Druck und Durchmesserkonstanz anzeigen, aufzeichnen und analysieren können. Diese Funktion ist besonders in experimentellen Umgebungen nützlich, in denen die Rückverfolgbarkeit der Daten für die Prozessoptimierung und Reproduzierbarkeit von entscheidender Bedeutung ist.
• Anpassbare Voreinstellungen für jedes Material, die einen einfachen Wechsel von einer Formulierung zur anderen ermöglichen und die Replikation optimaler Bedingungen in zukünftigen Tests erlauben.

Während unserer Tests zeigte der Extruder hohe Zuverlässigkeit, Präzision und Vielseitigkeit, wodurch jede Phase der Filamentproduktion erleichtert wird. Selbst bei Verwendung unkonventioneller Materialien, wie beispielsweise aus Mandelschalen gewonnenen Fasern, reagierte das System gut auf Anpassungen und unterstützte sowohl die anfängliche Erkundungsphase als auch die abschließende Optimierung.

Für Labore, Universitäten, Startups oder Unternehmen, die Entwicklung innovativer Materialien, 3devo Extruder stellen eine strategisches Werkzeug: kompakt, aber professionell, einfach zu verwenden, aber hochgradig konfigurierbar, entwickelt für diejenigen, die echte Experimente durchführen und schnell vom Konzept zum Prototyp gelangen möchten.

 

 

Überlegungen zu den Ergebnissen

Zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Fallstudie hat der Prozess einen wichtigen Meilenstein erreicht: die Herstellung standardisierter Probekörper für mechanische Prüfungen, die zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt wird. Zugversuche und quantitative Analysen ermöglichen eine objektive Bewertung des tatsächlichen Beitrags der Mandelfaser zu den mechanischen Eigenschaften von PLA, derartige Daten liegen jedoch noch nicht vor.

 

 

Trotzdem qualitative Beobachtungen auf dem bereits erhaltenen Filament lassen sich interessante Vorüberlegungen anstellen. Das Material stellt eine gute Dimensionsstabilität beim Drucken und es traten keine Verstopfungsprobleme oder Durchflussunregelmäßigkeiten auf. Darüber hinaus Filamentoberflächenbeschaffenheit, leicht rau und warm in der Haptik, erinnert in gewisser Weise an natürliches Holz und verleiht den bedruckten Stücken eine unverwechselbare Ästhetik.

Diese Funktion eröffnet Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der nachhaltiges Design und Haushaltsgegenstände, wo dievisueller und sensorischer Aspekt des Materials kann einen Mehrwert darstellen. Auch wenn die mechanische Leistungsfähigkeit von reinem PLA nicht besser ist, könnte das mit Mandelpulver verstärkte Filament seinen Einsatz in Projekte, die Ästhetik bevorzugen, Taktilität und geringe Umweltbelastung.

 

 

Schlussfolgerungen und zukünftige Entwicklungen

Dieses Experiment hat gezeigt, technische Machbarkeit und der wissenschaftliche Wert der Verwendung von Agrar- und Lebensmittelabfällen als Verstärkung für biologisch abbaubare Polymere im 3D-Druck. Der 3devo-Extruder spielte eine zentrale Rolle und bot die nötige Kontrolle und Flexibilität, um neue Materialien mit einem hohen Maß an Präzision zu entwickeln.

Das Projekt stellt einen ersten Schritt zur Schaffung von kundenspezifische Biokompositfilamente, wo Nachhaltigkeit keine Einschränkung, sondern eine Chance ist. Die nächsten Schritte der Forschung umfassen:

• Die Erforschung von unterschiedliche Lastprozentsätze von Fasern zur Optimierung der mechanischen Eigenschaften.
• Die Verwendung von andere organische Abfälle (wie Obstkerne, Reishülsen oder Kaffeesatz) als alternative Füllstoffe.
• Eine vergleichende Analyse derUmweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus des Materials.

Dank der Synergie zwischen Spitzentechnologie, universitärer Forschung und Fokus auf Nachhaltigkeit glauben wir, dass Projekte wie dieses die Grundlage für eine neue Generation von 3D-Druckmaterialien bilden können: umweltfreundlicher und ebenso leistungsfähig.