Filamentos de origen biológico: nace el PLA Almond

En los laboratorios Crea3D se combina la innovación con sostenibilidad, y el experimentación Los nuevos materiales para la impresión 3D representan uno de los temas fundamentales en los que centrarse. Con esto en mente, nació un proyecto que combina biotecnología, economía circular y fabricación aditiva: la creación de un filamento PLA compuesto, obtenido reforzando la matriz polimérica con polvo derivado de cáscaras de almendras, un residuo agroalimentario de fácil acceso pero infravalorado.

El objetivo de esta investigación es doble: por un lado, estudiar la potencial técnico y mecánico de un material compuesto de base biológica; Por otra parte, demostrar concretamente cómo un enfoque circular También se puede aplicar en el sector de la impresión 3D, contribuyendo a reducir el impacto ambiental de los materiales plásticosLos de uso común.

El proyecto se llevó a cabo en el marco de un prácticas curriculares en colaboración con la Politécnico de Bari, quien se encargará de las pruebas de rendimiento, involucrando a un estudiante del curso Ingeniería Mecánica, quien participó activamente en todas las fases de la experimentación, desde la preparación de las materias primas hasta la caracterización mecánica de las probetas impresas.

La elección de utilizar residuos agroalimentarios como refuerzo de materiales poliméricos surge de una reflexión más amplia sobre la economía circular y la necesidad reducir el uso de materias primas vírgenes. EL cáscaras de almendra, normalmente considerados residuos agrícolas, en realidad representan un recurso interesante para su estructura fibrosa y la facilidad con la que pueden transformarse en polvos compatibles con matrices termoplásticas como el PLA. El objetivo no es sólo técnico, sino también ético: crear materiales con una menor huella ambiental, capaces de responder a las necesidades de aplicación sin comprometer la sostenibilidad del proceso productivo.

Uno de los elementos clave del proyecto es el uso de un extrusora de la marca 3devo, una plataforma avanzada para la producción de filamentos experimentales. Esta herramienta ha demostrado ser fundamental para garantizar la calidad, repetibilidad y precisión necesarias en un contexto de investigación y desarrollo.

El flujo de trabajo experimental

Para garantizar la reproducibilidad y validez de los resultados, se definió un flujo de trabajo detallado y metódico, que incluyó los siguientes pasos:

1. Preparación de fibra natural
Las cáscaras de almendra se someten inicialmente a una etapa de triturado mecánico, seguida de una molienda fina. El material resultante fue luego tamizado con una malla calibrada para obtener un polvo con una granulometría inferior a 0,4 mm, valor elegido para optimizar la compatibilidad con PLA durante la extrusión y reducir el riesgo de obstrucción.

2. Secado y mezcla
Para evitar la degradación o la formación de burbujas durante la extrusión, tanto los pellets de PLA como la fibra de almendra se secaron a una temperatura controlada. La mezcla se preparó en una proporción de 95% PLA – 5% fibra, dosificando los materiales con balanzas de precisión y mezclándolos uniformemente antes de cargarlos en la tolva.

3. Extrusión
La extrusión del filamento compuesto requirió una calibración cuidadosa de los parámetros. Gracias a las cuatro zonas de calentamiento independientes, fue posible establecer un perfil térmico gradual y específico para la mezcla. El monitoreo del diámetro en tiempo real garantizó la producción de un filamento consistente de 1,75 mm, un parámetro clave para la impresión FDM. El software dedicado permitió registrar datos detallados sobre temperaturas, velocidades del tornillo y estabilidad del proceso, ofreciendo un valioso soporte para cualquier iteración futura.

4. Optimización y estabilización de procesos
Durante las primeras pruebas se pusieron de manifiesto dificultades en la dispersión homogénea de la fibra dentro de la matriz polimérica, con las consiguientes fluctuaciones en el diámetro del filamento. Mediante optimizaciones posteriores, tanto en la fase de mezcla como en la regulación de la temperatura, fue posible obtener un producto estable y listo para imprimir.

5. Controles de calidad del filamento
El filamento resultante fue sometido a controles dimensionales con un calibrador digital y a un análisis visual para evaluar la homogeneidad de la distribución de las fibras. Una vez validado, se utilizó para imprimir muestras estandarizadas para pruebas mecánicas.

El elemento clave de la experimentación: los extrusores 3devo

El éxito de esta actividad experimental también fue posible gracias al uso de un Extrusor 3devo, una máquina compacta pero altamente profesional, diseñada específicamente para la producción y desarrollo de filamentos personalizados. Su avanzada configuración lo convierte en una herramienta ideal para actividades de investigación y desarrollo, tanto en entornos académicos como industriales.

Entre sus principales características se encuentran:

• Cuatro zonas de calentamiento independientes, que permiten un control preciso y modular del perfil térmico a lo largo del tornillo. Esto es fundamental cuando se trabaja con materiales compuestos, donde es necesario garantizar una fusión suave y uniforme del polímero y el relleno.
• Monitoreo en tiempo real del diámetro del filamento, con ajuste dinámico para mantener constantemente el tamaño deseado (1,75 mm en nuestro caso). Esto garantiza una alta calidad de extrusión, evitando desperdicios y simplificando la siguiente fase de impresión.
• Software propietario para adquisición de datos, que le permite ver, registrar y analizar parámetros clave como la temperatura, la velocidad del tornillo, la presión y la consistencia del diámetro. Esta característica es particularmente útil en entornos experimentales, donde la trazabilidad de los datos es esencial para la optimización y reproducibilidad del proceso.
• Ajustes preestablecidos personalizables para cada material, lo que facilita el cambio de una formulación a otra y permite replicar las condiciones óptimas en pruebas futuras.

Durante nuestras pruebas, la extrusora demostró Gran fiabilidad, precisión y versatilidad, facilitando cada etapa de la producción de filamentos. Incluso en presencia de materiales no convencionales, como la fibra derivada de la cáscara de almendra, el sistema respondió bien a los ajustes, apoyando tanto la fase de exploración inicial como la optimización final.

Para laboratorios, universidades, startups o empresas que deseen desarrollar materiales innovadores, Los extrusores 3devo representan uno herramienta estratégica:compacto pero profesional, simple de usar pero altamente configurable, diseñado para quienes hacen experimentación real y quieren pasar rápidamente del concepto al prototipo.

Consideraciones sobre los resultados

En el momento de escribir este estudio de caso, el proceso ha alcanzado un hito clave: la Producción de probetas estandarizadas para ensayos mecánicos, que se llevará a cabo en una etapa posterior. Las pruebas de tracción y los análisis cuantitativos permitirán evaluar objetivamente la contribución real de la fibra de almendra a las propiedades mecánicas del PLA, pero dichos datos aún no están disponibles.

A pesar de ello, algunos observaciones cualitativas Sobre el filamento ya obtenido podemos extraer interesantes consideraciones preliminares. El material presenta una Buena estabilidad dimensional durante la impresión y no mostró problemas de obstrucción ni irregularidades en el flujo. Además, la acabado de la superficie del filamento, ligeramente rugosa y cálida al tacto, recuerda en algunos aspectos a la madera natural, dando a las piezas impresas una apariencia estética distintiva.

Esta característica abre posibles aplicaciones en el campo de diseño sostenible y artículos para el hogar, donde elaspecto visual y sensorial del material puede representar un valor añadido. Incluso en ausencia de un rendimiento mecánico superior al PLA virgen, el filamento reforzado con polvo de almendra podría de hecho justificar su uso en proyectos que favorecen la estética, tactilidad y bajo impacto ambiental.

Conclusiones y desarrollos futuros

Este experimento ha demostrado que viabilidad técnica y el valor científico de utilizar residuos agroalimentarios como refuerzo de polímeros biodegradables en la impresión 3D. El extrusor 3devo jugó un papel central, proporcionando el control y la flexibilidad necesarios para desarrollar nuevos materiales con un alto grado de precisión.

El proyecto representa un primer paso hacia la creación de filamentos biocompuestos personalizados, donde la sostenibilidad no sea una limitación sino una oportunidad. Los próximos pasos de la investigación incluirán:

• La exploración de diferentes porcentajes de carga de fibra para optimizar las propiedades mecánicas.
• El uso de otros residuos orgánicos (como huesos de frutas, cáscaras de arroz o posos de café) como rellenos alternativos.
• Un análisis comparativo de laimpacto ambiental durante todo el ciclo de vida del material.

Gracias a la sinergia entre la tecnología avanzada, la investigación universitaria y la atención a la sostenibilidad, creemos que proyectos como este pueden formar la base para una nueva generación de materiales de impresión 3D: más ecológicos e igualmente de alto rendimiento.