Produktion und 3D-Druckverarbeitung von biobasiertem thermoplastischem Filament

In dieser Arbeit wurde eine extrusionsbasierte 3D-Drucktechnik zur Verarbeitung von biobasierten Mischungen aus Poly(Lactid) (PLA) mit kostengünstigem Kraft-Lignin eingesetzt. Im Fused Filament Fabrication (FFF) 3D-Druckprozess werden Objekte schichtweise aufgebaut, indem thermoplastische Fasern auf einer Plattform geschmolzen, extrudiert und selektiv abgelegt werden. Diese Fasern dienen als Bausteine für komplexere Strukturen mit definierter Mikroarchitektur in einem automatisierten, kosteneffizienten Prozess mit minimalem Materialabfall. Ein nachhaltiges Material, das aus Lignin-Biopolymer, das mit Poly(Lactic Acid) gemischt wurde, bestand, wurde auf seine physikalischen Eigenschaften und seine Schmelzverarbeitbarkeit während des FFF-Prozesses untersucht. Proben mit unterschiedlichen PLA/Lignin-Gewichtsverhältnissen wurden hergestellt und ihre mechanischen (Zugversuche), thermischen (Differential Scanning Calorimetry-Analyse) und morphologischen (optische und Rasterelektronenmikroskopie, SEM) Eigenschaften wurden untersucht. Die Zusammensetzung mit optimalen Eigenschaften wurde für die Herstellung von 3D-Druckfilament ausgewählt. Drei Prozessparameter, die zur Scherviskosität und dem auf die Schmelze ausgeübten Stress beitragen, wurden untersucht: die Extrusionstemperatur, die Druckgeschwindigkeit und die Breite der Faser, und ihr Einfluss auf die Morphologie der Extrudate wurde bewertet. Die mechanischen Eigenschaften der 3D-gedruckten Proben wurden mit Zugversuchen und SEM-Fraktographie bewertet.