Pflanzenbasierte, ungiftige und umweltfreundliche Harze für den 3D-Druck

Seit der Erfindung des Harz-3D-Drucks im Jahr 1986 basierten 3D-Druckharzmaterialien hauptsächlich auf Epoxid- und Acrylatchemie aus nicht biobasierten Quellen. In letzter Zeit konzentriert sich die Branche auf nachhaltige Materialrohstoffe und die Entwicklung alternativer öko- und biobasierter 3D-Druckharze. Zu diesem Thema, 3D ADEPT Mag interviewt LiqcreateVertriebs- und Marketingleiter von , Ruben Bosch. Sie diskutierten ungiftige Materialien und die verschiedenen Formen der Toxizität und Lösungen, die zur Verringerung der Toxizität beim Harz-3D-Druck untersucht wurden.

Entwicklung von biobasiertem und pflanzenbasiertem Öko-UV-Harz für den 3D-Druck

Im Bereich der Material- und Harzentwicklung bietet die additive Fertigung (AM) / 3D-Pinting die Möglichkeit, ein vielseitiges Spektrum an kundenspezifischen Materialien und Harzen herzustellen. Aus dem Arbeitsumfeld besteht ein zunehmender Bedarf an nachhaltigen Bausteinen zur Entwicklung biobasierter Harze. Obwohl duroplastische Photopolymerharze nachhaltig sind, da sie keine Umweltverschmutzung verursachen, werden in den Harzformulierungen flüchtige organische Lösungsmittel verwendet, die meisten Rohstoffe stammen jedoch immer noch aus nicht biobasierten Quellen. Daher könnten die auf dem Markt erhältlichen duroplastischen Photopolymerharzformulierungen noch nachhaltiger sein.

Bild aus Öko-Harz auf Pflanzenbasis, entwickelt von Liqcreate und NHL Stenden, veröffentlicht in ACS angewandte Polymermaterialien.

Die Harz-Rohmaterialien sind meist noch fossilen Ursprungs und einmal ausgehärtet, sind die 3D-Druck-Objekte nicht recycelbar oder zu anderen Objekten wiederverarbeitbar. In diesem Projekt, NHL Stenden und Liqcreate werde weiterarbeiten Entwicklung biobasierter Photopolymere Harze auf der Basis von pflanzlichen Bausteinen. Basierend auf diesen Bausteinen werden Photopolymerharzformulierungen hergestellt und ausgehärtet, wonach die mechanischen Eigenschaften kartiert werden. Die besten Photopolymerharzformulierungen werden für 3D-Druckobjekte verwendet, deren Recyclingfähigkeit untersucht wird. Das F&E-Team von Liqcreate arbeitet eng mit den Laboren und Forschern der NHL Stenden University zusammen, um eine Prototyp-Harzformulierung für den 3D-Druck zu entwickeln. Neben unserem aktuellen Produktangebot werden neue biobasierte Photopolymerharze für den kommerziellen Einsatz entwickelt. In der nächsten Phase des Projekts werden die besten biobasierten Harztechnologien und Rohstoffe skaliert und die Eigenschaften der Harze validiert und optimiert.

Mechanische Eigenschaften von pflanzlichem 3D-Druckharz

Die erste Phase der Studie konzentrierte sich auf die Entwicklung eines pflanzenbasierten, biobasierten und umweltfreundlichen 3D-Druckharzes. Das Hauptziel war es, einen hohen biobasierten Anteil (den tatsächlichen Prozentsatz an Material, das eine Bioquelle hat) in Kombination mit interessanten Eigenschaften und einem guten Druckverhalten zu erreichen. Es wurden mehrere Harzmischungen mit biobasierten Anteilen von 70 % bis 84 % hergestellt. Die besten Harze sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Ergebnisse dieser Studie wurden in veröffentlicht Journal of ACS Applied Polymer Materials. Im Vergleich zu den biobasierten Harzen sind die Materialien weicher und biegsamer. Die zukünftige Entwicklung wird sich darauf konzentrieren, die Steifigkeit und Zähigkeit dieses Harzes auf Pflanzenbasis zu erhöhen und gleichzeitig den biobasierten Anteil beizubehalten.

Unterschied zwischen öko-, biobasierten und recycelbaren Harzen

Oft verwechselt, sind biobasierte und recycelbare Harze zwei unterschiedliche Materialklassen. Biobasiert bedeutet, dass die Rohstoffe nicht fossilen Ursprungs sind. In fast allen Fällen stammt ein Teil der Rohstoffchemikalien aus Pflanzen. Oft wird ein Prozentsatz des biobasierten Anteils angegeben. Recycling bedeutet, dass das Material wieder verwendet werden kann. Bei vernetzten Harzen ist es oft schwierig, sie aufzubereiten oder zu recyceln. Um dem Polymerharz ein zweites Leben zu geben und es nicht als Energie in einem Kraftwerk oder in einer Low-End-Anwendung zu verwenden.

Toxizität von öko-, pflanzenbasierten und biobasierten 3D-Druckharzen

Einige Marken haben in letzter Zeit ein pflanzenbasiertes, biobasiertes oder Öko-3D-Druckharz auf den Markt gebracht. Denken Sie an die eSUN eResin-PLA, der Anycubic Pflanzenbasiertes UV-Harz, der Elegoo Schnellharz auf Pflanzenbasis und viele mehr. Die meisten Harze basieren auf Sojaöl, das chemisch in Acrylate umgewandelt wird, die in Harzen für den 3D-Druck verwendet werden. Leider weist keines der verfügbaren Harze auf Pflanzenbasis einen biobasierten Inhalt auf, so dass nicht bekannt ist, wie sehr diese Materialien wirklich dazu beitragen, eine Welt ohne Zuverlässigkeit auf fossilen Quellen zu schaffen. Außerdem werden diese Harze oft als geruchsarme Alternativen angesehen. Der Geruch eines Harzes hat nicht viel mit der biobasierten Beschaffenheit des Produkts zu tun, sondern eher mit der Rohstoffauswahl der anderen Harze. Zum Beispiel die meisten unserer Liqcreate Harze sind zudem sehr geruchsarm.

Zukünftige Entwicklungen bei ungiftigen, umweltfreundlichen und pflanzenbasierten 3D-Druckharzen.

Wie oben aufgeführt, sind die aktuellen Optionen für pflanzenbasierte, umweltfreundliche und ungiftige SLA-Harze verwirrend und auf den nicht-industriellen Einsatz beschränkt, es gibt einige Schritte zur Verbesserung. Liqcreate arbeitet mit führenden Universitäten zusammen, um pflanzenbasiertes Ökoharz mit hohem biobasiertem Anteil zu entwickeln, das für Funktionsteile verwendet werden kann. Mit der aktuellen Technologie ist es möglich, ein Material mit sehr hohem biobasiertem Anteil herzustellen, jedoch müssen die Eigenschaften für den industriellen Einsatz verbessert werden. Liqcreate hat zusammen mit der Universität Groningen, der Universität Maastricht und der NHL Stenden University mehrere neue Studien gestartet, um 3D-gedruckte Harze zu entwickeln, die nach dem Drucken neu geformt und recycelt werden können. Folge uns auf Instagram, Facebook or Linkedin um die neuesten Nachrichten über unsere pflanzenbasierte Ökoharzentwicklung zu erhalten.