Rozwój przemysłu petrochemicznego w XX wieku doprowadził do upowszechnienia tworzyw sztucznych w wielu dziedzinach produkcji. Tworzywa sztuczne cenione są ze względu na stosunkowo niską cenę i masę w porównaniu do innych materiałów konstrukcyjnych. Również w druku 3D, zarówno w zastosowaniach profesjonalnych, jak i amatorskich, dominują tworzywa sztuczne, będące pochodnymi ropy naftowej.
Obecnie każdego roku produkuje się setki milionów ton tworzyw sztucznych, a jedynie niecałe 10% plastikowych odpadów podlega recyklingowi. W wielu sektorach produkcji trwają prace nad zwiększeniem wykorzystania materiałów biodegradowalnych i surowców wtórnych. Niestety, jeśli chodzi o druk 3D metodą FFF (fused filament fabrication), filamenty z tego typu materiałów nie dorównują standardowym tworzywom pod względem wytrzymałości i kruszeją pod wpływem naprężeń. Nie za bardzo więc nadają się do wykorzystania w druku detali strukturalnych, przenoszących obciążenia.
Rozwiązaniem tego problemu może być SustainaPrint, oprogramowanie opracowane na MIT (Massachusetts Institute of Technology). Program analizuje konstrukcję danego modelu przy pomocy MES i identyfikuje newralgiczne punkty strukturalne, wymagające wzmocnienia. Ustalenia programu najlepiej wykorzystywane są na drukarkach wyposażonych w dwie głowice ekstruzyjne, ale teoretycznie jest możliwe osiągnięcie podobnych efektów przy manualnej zmianie filamentu przy drukowaniu pojedynczą dyszą. W obrębie wydruku, w punktach wymagających wzmocnienia stosowany jest czysty filament wysokiej jakości, a resztę drukuje się przy użyciu ekologicznego zamiennika, na przykład materiału z recyklingu. Tym sposobem, wykorzystując jedynie 20% oryginalnego filamentu, można uzyskać wydruki o wytrzymałości tylko o 30% mniejszej niż w przypadku detalu powstałego w całości z komercyjnego filamentu wysokiej jakości.
Próbki wydruków tego typu poddano próbom wytrzymałości na rozciąganie i zginanie, a także innym badaniom niszczącym. Co ciekawe, niektóre wydruki o hybrydowej budowie wypadły lepiej od monolitycznych, co może wynikać z tego, że konstrukcje wzmocnione według wskazań SustainaPrint wykazują się lepszym rozkładem naprężeń.
news.mit.edu
maxineaps.github.io/sustainaprint-project-site
