Materiales de impresión 3D biodegradables: Guía para la fabricación ecológica

Fundición al vacío de silicona

3D La impresión ha transformado la fabricación al convertir modelos CAD complejos en piezas físicas de manera rápida y asequible. Pero el surgimiento de esta tecnología también ha traído un gran problema: La mayoría de los materiales de impresión 3D son plásticos no biodegradables. Estos plásticos se acumulan en vertederos y dañan el medio ambiente si no se eliminan adecuadamente.

Agradecidamente, La industria está cambiando hacia Materiales de impresión 3D biodegradables—Solutions que le permiten usar el poder de la impresión 3D sin dañar el planeta. En esta guía, Desglosaremos el más popular, emergente, y materiales biodegradables compuestos, sus pros y contras, Usos del mundo real, y cómo están cambiando la fabricación.

1. El material de impresión 3D biodegradable más popular: Estampado

Estampado (Ácido poliláctico) es la columna vertebral de la impresión 3D ecológica. Es barato, fácil de encontrar, y funciona con la mayoría de las impresoras 3D de consumo (especialmente modelos FDM). Echemos un vistazo más de cerca a por qué se usa tan ampliamente.

Cómo se hace PLA

PLA proviene de renovable, fuentes basadas en plantas. Comienza con carbohidratos como la caña de azúcar, almidón de maíz, o incluso desechos de papa. Estos materiales se fermentan en condiciones controladas para hacer ácido láctico. Entonces, El ácido láctico se convierte en PLA a través de dos procesos:

  • Condensación directa de monómeros de lactato
  • Polimerización de lactida (un derivado de ácido láctico)

Esto significa que PLA es 100% a base de plantas: no se necesita petróleo.

Propiedades clave del PLA

Las propiedades de PLA lo hacen perfecto para muchos proyectos de impresión 3D. Así es como se compara con los plásticos comunes:

PropiedadRendimiento de la PLAComparación con otros plásticos
Resistencia mecánicaBien (Similar al polipropileno)Más débil que los abdominales (a base de petróleo)
Resistencia térmicaSatisfactorio (se suaviza a ~ 60 ° C)Inferior a ABS (Resiste ~ 90 ° C)
ImprimibilidadExcelente (bajo punto de fusión: 180–220 ° C)Más fácil de imprimir que PHA o ABS
BiodegradabilidadSí (en compostaje controlado)Plásticos más rápidos que no biodegradables

Usos del mundo real del PLA

PLA está en todas partes porque es seguro y versátil. Aquí hay algunas aplicaciones comunes:

  • Envasado de alimentos: El PLA es seguro certificado por la FDA para el contacto con los alimentos. Las empresas lo usan para hacer contenedores desechables, tazas, y envolturas. Por ejemplo, Una pequeña panadería en Portland utiliza contenedores de PLA impresos en 3D para sus pasteles: estos contenedores se descomponen en compost industrial en 6-12 meses.
  • Dispositivos médicos: Dado que el PLA no es tóxico, Se usa para piezas médicas temporales como puntadas disolubibles, guías quirúrgicos, o moldes. Un hospital europeo probó los moldes de PLA impresos en 3D en 2023; Los pacientes informaron que eran más livianos que los yes tradicionales, y el PLA se disolvió naturalmente después de que el hueso se curó.
  • Bienes de consumo: Los aficionados y las pequeñas empresas imprimen PLA en juguetes, decoración del hogar (Como macetas de plantas), e incluso fibras textiles para ropa.

Pros y contras de PLA

VentajasContras
Hecho de renovable, recursos a base de plantasSolo biodegrados en compostaje controlado (Necesita alto calor y humedad)
No tóxico y seguro de comidaUtiliza cultivos de comida (como el maíz), que chispea debates sobre la comida vs. producción de plástico
Barato (generalmente \(20- )30 por kg de filamento)Menos fuerte y menos resistente al calor que los plásticos a base de petróleo
Fácil de imprimir con (No se necesita cama con calefacción para algunas marcas)Puede volverse quebradizo con el tiempo si se expone a la luz solar

2. El contendiente emergente: PHA

PHA (Polihidroxialalcanoato) es un material biodegradable más nuevo que está ganando atención, aunque aún no está ampliamente disponible. A diferencia de PLA (basado en plantas), PHA está hecho por bacterias, que le da algunas ventajas únicas.

Cómo se produce PHA

PHA es un "plástico microbiano". Aquí está el proceso:

  1. Bacterias específicas (como Ralstonia eutrofá) se cultivan en un entorno rico en nutrientes.
  2. Las bacterias almacenan energía como PHA dentro de sus células (Similar a cómo los humanos almacenan la grasa).
  3. El PHA se extrae de las células bacterianas y se convierte en polvo o filamento para la impresión 3D.

Este proceso es más complejo que hacer PLA, Por eso PHA todavía está en desarrollo.

Por qué PHA importa: Ventajas clave

El mayor punto de venta de PHA es su Biodegradabilidad rápida. A diferencia de PLA, que necesita compostaje industrial, PHA puede descomponerse en solo 1 a 3 meses, incluso en pilas de compost o entornos marinos. Aquí están sus otros beneficios principales:

  • Resistente a los rayos: PHA no se descompone a la luz del sol, Entonces es bueno para proyectos al aire libre (Como macetas de jardín).
  • Resistente a la humedad: Repele el agua mejor que el PLA, haciéndolo útil para artículos como estuches impermeables.
  • Elasticidad natural: PHA es más flexible que PLA, Entonces es ideal para piezas que necesitan doblar (como bisagras o agarres de teléfono).

Limitaciones actuales de PHA

PHA aún no está lista para el uso convencional. He aquí por qué:

  • Alto costo: Dado que es difícil de producir, PHA cuesta 2 a 3 veces más que PLA (Actualmente ~ (60- )80 por kg).
  • Difícil de encontrar: Muy pocas marcas venden filamentos PHA: la mayoría todavía están en pruebas de laboratorio.
  • Rendimiento más bajo: Comparado con PLA, PHA tiene menos resistencia y menor resistencia térmica (se suaviza a ~ 50 ° C).

Ejemplo: PHA en investigación

Un equipo de la Universidad de California, Davis, está probando PHA para herramientas agrícolas impresas en 3D (Como plantadores de semillas). Las herramientas deben durar 1–2 temporadas de crecimiento, luego descomponga en el suelo. Las primeras pruebas muestran que PHA funciona, después de 3 Meses en el suelo, los plantadores se habían descomponido por 70%.

3. El recién llegado: MENTIRA (Materiales aditivos similares a los hongos)

Flam es uno de los materiales biodegradables nuevos más emocionantes. No es plástico, está hecho de dos de los polímeros naturales más abundantes en la tierra: celulosa (de plantas) y quitín (de hongos, cáscara de camarón, o exoesqueletos de insectos).

Qué hace que Flam sea único

Flam es un cambio de juego porque es:

  • Super sostenible: La celulosa y la quitina están en todas partes: son productos de desecho de la agricultura, Procesamiento de mariscos, y forestal. Usarlos para FLAM convierte los desechos en un material valioso.
  • Versátil: A diferencia de PLA o PHA (que son principalmente para la impresión FDM), Flam funciona para carpintería, fundición, modelado, e impresión 3D. Sus propiedades mecánicas son casi idénticas a la espuma de poliuretano, suave pero duradera.
  • Ultra barato: Costos de flam 10 veces menos que los abdominales o el PLA. Los investigadores estiman que una vez que se produce en masa, podría costar tan poco como $2 por kg.

Desafíos actuales para el flam

Flam todavía está en las primeras etapas. Esto es lo que lo está reteniendo:

  • Falta de investigación: Solo hay un puñado de estudios sobre el rendimiento de la impresión 3D de Flam.. Los científicos todavía están descubriendo la mejor manera de imprimirlo (P.EJ., temperatura óptima, altura de la capa).
  • Proceso de impresión complejo: Flam tiene una textura diferente a la de plástico: es más como una pasta. Esto significa que las impresoras 3D necesitan boquillas o modificaciones especiales para usarlo.
  • Sin disponibilidad comercial: Todavía no puedes comprar filamento de flam. Solo se usa en laboratorios universitarios y pequeños proyectos de inicio.

Un caso de prueba prometedor

En 2024, Una startup holandesa llamada MyCoworks probó Flam para muebles impresos en 3D. Imprimieron una pequeña silla con flam, y se mantuvo a 150 kg de peso. Después de la prueba, La silla fue compostada en un jardín local y se rompió completamente 4 meses.

4. Compuestos biodegradables: Fijar las limitaciones de los materiales individuales

Materiales biodegradables individuales (como PLA o PHA) tener fallas: Pla es débil, PHA es caro, Flam no se ha probado. Ahí es donde compuestos biodegradables Adelante. Estos son materiales hechos mezclando dos o más sustancias biodegradables para combinar sus fuerzas y fijar sus debilidades..

Compuestos populares biodegradables para impresión 3D

Aquí están los compuestos más prometedores que se están probando hoy:

Material compuestoComponentesBeneficios claveUsos actuales
AlgasEstampado + Algas biomasaMás sostenible que puro PLA (usa algas, no cultivos de comida); mejor resistencia térmicaPrototipos para envases y juguetes pequeños
Estampado + PHAEstampado (barato, fácil de imprimir) + PHA (rápido biodegradable)Equilibrar la asequibilidad y la ecológica; más fuerte que el PLA puroMacetas al aire libre y herramientas desechables
PLA lleno de madera70% Estampado + 30% Fibra de maderaSe ve y se siente como madera; más rígido que el PLA puro3Decoración del hogar impresa en D (P.EJ., posavasos, estantes)

Por qué los compuestos son el futuro

Los compuestos resuelven los mayores problemas de materiales individuales. Por ejemplo:

  • El PLA puro no puede manejar altas temperaturas, Pero agregando 10% PHA lo hace más resistente al calor.
  • El PLA lleno de madera es más barato que la madera pura, pero tiene el mismo aspecto natural: grande para muebles o piezas decorativas.

El único inconveniente? La mayoría de los compuestos aún no están ampliamente disponibles. Solo unas pocas marcas (como prusament y esun) Vender PLA lleno de madera, y las algas-PLA todavía están en pruebas de laboratorio.

5. Seda reciclada: Una alternativa ecológica (Incluso si no es biodegradable)

Aunque no es técnicamente biodegradable, seda reciclada (hecho de plásticos reciclados) es otra opción ecológica para la impresión 3D. No es nuevo, Pero está ganando tracción porque mantiene plástico fuera de los vertederos.

Cómo funciona la seda reciclada

Los filamentos de seda reciclados están hechos de desechos plásticos posteriores al consumo, como botellas de agua viejas, bolsas de plástico, o incluso desechados restos de impresión 3D. El plástico se derrite, limpio, y extruido en filamentos.

Por qué es una buena opción

  • Reduce el desperdicio: Cada kg de seda reciclada mantiene ~ 10 botellas de plástico fuera de los vertederos.
  • Rendimiento similar al PLA: La seda reciclada tiene una fuerza e imprimibilidad similar al PLA, Por lo tanto, es fácil de usar con las impresoras existentes.
  • Asequible: Cuesta casi lo mismo que PLA (\(25- )35 por kg).

Caso de uso

Una startup llamada Refil utiliza plástico reciclado de limpiezas costeras para hacer filamentos de impresión 3D. Su seda reciclada se usa para imprimir juguetes de playa, por lo que el plástico que una vez contaminó las playas se convierte en algo útil..

Vista de la tecnología de Yigu sobre materiales de impresión 3D biodegradables

En la tecnología yigu, Creemos que los materiales de impresión 3D biodegradables son el futuro de la fabricación sostenible. PLA es un excelente punto de partida para los consumidores, Pero estamos entusiasmados con el potencial de PHA y Flam, especialmente para uso industrial. Estamos invirtiendo en R&D para hacer que PHA sea más asequible y FLAM más fácil de imprimir, para que las empresas puedan cambiar a materiales ecológicos sin sacrificar el rendimiento. También vemos compuestos como clave: Nuestro equipo está probando un nuevo PLA + compuesto de cáñamo que es más fuerte que el PLA puro y 100% biodegradable. Por ahora, Recomendamos PLA para la mayoría de los usuarios, Pero alentamos a probar seda reciclada o PLA llena de madera para reducir los desechos. El objetivo está claro: Haga una impresión 3D verde para todos.

Preguntas frecuentes: Sus preguntas sobre materiales de impresión 3D biodegradables respondieron

1. ¿Puedo compost PLA en casa?, o necesito una instalación de compost industrial?

PLA solo biodegrados en Instalaciones de compost industrial (que tienen altas temperaturas (55–70 ° C) y mucha humedad). Si pones PLA en una pila de compost casero, se romperá muy lentamente (Más de 2 a 3 años) o no en absoluto. Para compost PLA correctamente, Verifique si su gestión local de residuos ofrece servicios de compostaje industrial.

2. Es PHA mejor que PLA para proyectos de impresión 3D al aire libre?

Sí! PHA es resistente a los rayos UV y puede romperse en entornos al aire libre (como el suelo o la lluvia), Mientras PLA se vuelve quebradizo a la luz del sol y no se biodegrade afuera. Para proyectos al aire libre (como macetas de jardín o comederos para pájaros), PHA es una mejor opción: solo tenga en cuenta que es más costoso y más difícil de encontrar.

3. ¿Necesito una impresora 3D especial para usar materiales biodegradables como Flam o PHA??

La mayoría de los materiales biodegradables (como PLA, PLA lleno de madera, o seda reciclada) Trabajar con impresoras FDM estándar. Sin embargo, PHA necesita una temperatura de impresión ligeramente más alta (200–240 ° C) que PLA, Por lo tanto, es posible que deba ajustar la configuración de su impresora. Flam es más complicado: es un material de pasta, Entonces necesitarás una impresora con una boquilla más grande (0.6mm o más grande) y posiblemente una cama con calefacción para evitar la deformación.

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