Identificacion de variables y parámetros para la formulación de pastas biobasadas para impresión 3D

• Andrea Wechsler Pizarro ^[1] ; Camila Donoso Fredes ^[1] ; Paola Benavides Bermúdez ^[1] ; Yesenia Briones Castro ^[1] ; Pablo Domínguez González ^[1]
  1. [1] Universidad de Chile

     Universidad de Chile

     Santiago, Chile

     
• Localización: Cuadernos del Centro de Estudios en Diseño y Comunicación. Ensayos, ISSN-e 1853-3523, ISSN 1668-0227, Nº. 230, 2024 (Ejemplar dedicado a: Diseños y Territorio Social III Posibles diseños y territorios otros), págs. 155-173
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Identification of variables and parameters for the formulation of bio-based 3D printing pastes
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• Resumen
  • español

    En este artículo se estudiaron rangos de trabajo para desarrollar formulaciones de pastas biobasadas adecuadas para la impresión 3D. Estos parámetros dependen de la composición, los procesos de extrusión y secado se ven influenciados por el tipo y granulometría de carga utilizada y el tipo de aglomerante.

    Para este estudio se consideraron como cargas conchas de mejillón, borra de café y carozo de palta, con una granulometría de 150µm cada una. Como aglomerante se utilizó alginato de sodio. La extrusión de cada una de las muestras se realizó manualmente. Se midió el tiempo de secado al tacto, la densidad, la contracción dimensional, la pérdida de humedad de secado y la cantidad máxima de capas que podían apilarse.

    La cantidad de capas que permitió el proceso de impresión 3D de pastas biobasadas estuvo relacionada con la cantidad de carga, la cantidad de aglomerante y el contenido de humedad en la pasta. La mezcla de carozo de palta fue la que presentó mejor desempeño, en tanto la de borra de café presentó la menor cantidad de capas apilables. Esto se atribuye a que la primera mezcla contenía más carga que última, una menor cantidad de aglomerante y de agua. Cabe mencionar además que los componentes químicos de cada carga varían bastante entre sí, lo que afectó en su desempeño.

  • English

    This research addresses the challenge of developing bio-based paste formulations suitable for 3D printing. The difficulty of this process is due to the lack of established parameters to carry it out. These parameters depend on the composition and workability of each paste and are reflected in factors such as the type of filler used, the size of the particles and the type of binder. In addition, variables related to the extrusion and drying phases of the material must also be considered.

    Mussel shells, coffee grounds and avocado pits with a particle size of 150µm each were considered as biobased fillers. Sodium alginate was used as a common binder for all of the samples. The extrusion of each of the samples was carried out using a syringe with a 2mm diameter nozzle. The time in which the sample was able to be touched after extruding, the density of the samples, the dimensional stability, the moisture content and the number of layers that could be stacked were also identified.

    It is concluded that the number of layers that the 3D process of bio-based pastes allows is related to the amount of material, the amount of binder and the moisture content in the paste. The pasta that presented the higher number of stackable layers was the avocado pit, while the coffee grounds presented the least amount of stackable layers. This is attributed to the fact that this last mixture had coffee grounds in a lower percentage compared to the other mixtures, a greater amount of binder and a higher percentage of moisture that hindered its adhesion and stability in the union of each layer.

  • português

    Neste artigo, foram estudadas as faixas de trabalho para o desenvolvimento de formulações de pasta de base biológica adequadas para impressão 3D. Esses parâmetros dependem dos processos de composição, extrusão e secagem e são influenciados pelo tipo e tamanho de partícula do enchimento usado e pelo tipo de aglutinante.

    Para esse estudo, foram considerados como cargas as cascas de mexilhão, a borra de café e os caroços de abacate com tamanho de partícula de 150 µm cada. O alginato de sódio foi usado como aglutinante. A extrusão de cada amostra foi realizada manualmente. Foram medidos o tempo de secagem até o toque, a densidade, o encolhimento dimensional, a perda de umidade de secagem e o número máximo de camadas que poderiam ser empilhadas.

    O número de camadas permitido pelo processo de impressão 3D de pastas de base biológica foi relacionado à quantidade de enchimento, à quantidade de aglutinante e ao teor de umidade na pasta. A mistura de caroço de abacate teve o melhor desempenho, enquanto a mistura de borra de café teve a menor quantidade de camadas empilháveis. Isso é atribuído ao fato de que a primeira mistura continha mais carga do que a segunda, menos aglutinante e menos água. Também vale a pena mencionar que os componentes químicos de cada carga variam bastante entre si, o que afetou seu desempenho.