Filamentos de bio-polímeros com cargas naturais para impressão 3D por fabrico por filamento fundido

Abstract

A indústria do café gera alguns resíduos, como borras e película prateada que envolve os grãos, que apresentam uma oportunidade de negócio para desenvolver novos materiais. Este trabalho explora a possibilidade de incorporar a película prateada de café na fabricação de filamentos para impressão através de Fused Filament Fabrication (FFF). O principal objetivo foi desenvolver um filamento com base num biopolímero de PLA, incorporando diferentes percentagens de película prateada, com a finalidade de criar uma alternativa sustentável na produção de peças impressas. Os filamentos foram produzidos por extrusão com diferentes concentrações de película prateada de café, que variaram de 5% a 15%, e posteriormente utilizados para fabricar provetes impressos. Os materiais foram caracterizados a nível térmico e reológico permitindo avaliar o impacto da incorporação de carga nas propriedades. Os provetes foram avaliados a nível mecânico, de modo a analisar o desempenho do material durante o processamento e a impressão. As composições foram comparadas com o biopolímero puro, de forma a validar a viabilidade dos filamentos produzidos. Foram ainda produzidos provetes, com os mesmos materiais, através de moldação por injeção com o objetivo de comparar propriedades mecânicas dos diferentes métodos de processamento. Os resultados da caracterização dos materiais mostraram que a adição de película prateada reduziu a resistência à tração, mas aumentou ligeiramente a rigidez, e observou-se um aumento da fluidez do material. Quando comparados os provetes impressos com os provetes obtidos por moldação por injeção, os últimos resultaram em melhor uniformidade e resistência em comparação com os impressos. Conclui-se que a adição de película prateada é uma alternativa promissora para aplicações futuras, mas recomenda-se limitar a percentagens de carga mais baixas.

The coffee industry generates some waste, such as grounds and the silver film that surrounds the beans, which present a business opportunity for developing new materials. This work explores the possibility of incorporating the silvery film of coffee into the manufacture of filaments for printing through Fused Filament Fabrication (FFF). The main objective was to develop a filament based on a PLA biopolymer, incorporating different percentages of silver film, with the aim of creating a sustainable alternative in the production of printed parts. The filaments were produced by extrusion with different concentrations of coffee silver film, ranging from 5% to 15%, and then used to manufacture printed specimens. The materials were thermally and rheologically characterized to assess the impact of incorporating filler on their properties. The specimens were evaluated mechanically in order to analyze the material's performance during processing and printing. The compositions were compared with the pure biopolymer to validate the viability of the filaments produced. The specimens were evaluated mechanically to analyze the material's performance during processing and printing. The compositions were compared with the pure biopolymer in order to validate the viability of the filaments produced. Specimens were also produced with the same materials by injection molding to compare the mechanical properties of the different processing methods. The results of the characterization of the materials showed that the addition of the silver film reduced the tensile strength, but slightly increased the stiffness, and an increase in the fluidity of the material was observed. When comparing the printed specimens with the specimens obtained by injection molding, the latter resulted in better uniformity and resistance compared to the printed ones. It is concluded that the addition of silver film is a promising alternative for future applications, but it is recommended to limit it to lower loading percentages