Process-Induced Aging of Poly(lactic acid) in Additive Manufacturing Using Fused Granular Fabrication

Abstract

Diese Studie bewertet systematisch die Wiederverwertbarkeit von Polylactid (PLA) in der additiven Fertigung mittels granulatbasierter Materialextrusion. Ziel ist die Definition von Akzeptanzbereichen und Leitlinien für die Regranulierung, um höhere Sekundärmaterialanteile und industrietaugliche Recyclingpfade zu ermöglichen. PLA wird in bis zu fünf mechanischen Recyclingzyklen verarbeitet, wobei standardisierte Prüfkörper unter definierten und unveränderten Prozessparametern hergestellt werden. Die Bewertung erfolgt mittels Zugversuchen (DIN EN ISO 527-1), Dreipunktbiegeversuchen (DIN EN ISO 178) sowie oszillatorischer Scherrheologie zur Charakterisierung des Schmelzfließverhaltens und der Materialalterung. Die Wiederverwendung von recyceltem PLA im Fused Granular Fabrication (FGF) Prozess beeinflusst sowohl die Verarbeitbarkeit als auch die Bauteileigenschaften. Die komplexe Viskosität sinkt nach fünf Recyclingzyklen um ca. 40 %, was auf eine verarbeitungsinduzierte Materialalterung hindeutet. Die mechanischen Eigenschaften zeigen Minderungen von 10 bis 40 %, wobei Zug- und Biegemodul nur geringfügige Veränderungen aufweisen. Eine bis zu fünfmalige Verarbeitung von recyceltem PLA ist mittels FGF möglich, was dessen Potenzial für industrielle Anwendungen unterstreicht.