Selective Laser Sintering di materiali polimerici bio-based: confronto tra i biopolimeri PBAT e PBS = Selective Laser Sintering of Bio-based polymeric materials: comparison between PBAT and PBS biopolymers

Molti dei polimeri biodegradabili presenti oggi in commercio hanno ancora una scarsa applicazione e non sono stati studiati in maniera approfondita nell’ambito dell’"Additive Manufacturing". Il presente lavoro di tesi si pone l’obiettivo di verificare se sia possibile realizzare oggetti tridimensionali in materiale biopolimerico mediante il processo di stampa 3D noto come "Selective Laser Sintering" (SLS) partendo in primo luogo dalla produzione della polvere polimerica e andando a confrontare il comportamento di due differenti bioplastiche. I biopolimeri utilizzati per la produzione delle polveri e la successiva stampa 3D sono stati il polibutilene succinato (PBS) e il polibutilene adipato tereftalato (PBAT). A monte dell’attività sperimentale è stata effettuata una ricerca bibliografica sullo stato dell’arte per approfondire le tematiche su cui si basa la ricerca, per quanto concerne la produzione della polvere polimerica, la stampa 3D tramite SLS e i polimeri biodegradabili. Poiché la maggior parte dei materiali polimerici sono venduti in forma di pellet, i granuli di PBAT e di PBS sono stati usati per preparare le polveri attraverso un processo di dissoluzione e precipitazione al fine di renderli adatti all’impiego nelle stampanti a letto di polvere. Il processo si basa sulla dissoluzione del polimero in un solvente organico e sulla successiva precipitazione della polvere ottenuta attraverso l’uso di una soluzione di acqua e PVA. Si è scelto di utilizzare il processo di dissoluzione e precipitazione per la produzione della polvere in quanto permette di ottenere in maniera piuttosto semplice particelle dalla forma sferica e con taglia granulometrica adatta alla stampa SLS. Una volta ottenuta la polvere, è stata caricata nella stampante SLS. Durante il processo di stampa, il letto di polvere di polimero viene portato selettivamente alla fusione mediante l’irradiazione di un fascio laser, seguendo la geometria di un modello 3D CAD precedentemente creato. Essendo una tecnica di "Additive Manufacturing" l’oggetto finale sarà ottenuto "layer-by-layer" portando alla formazione nella piattaforma di stampa di uno strato di polvere sempre nuovo fino alla completa costruzione del pezzo desiderato. L’obiettivo della presente ricerca è stato ottenere oggetti stampati in 3D tramite SLS con forme diverse via via più complesse per verificare la stampabilità di questi materiali biopolimerici innovativi. Durante tutta la ricerca svolta, le polveri polimeriche prodotte e gli oggetti stampati sono stati sottoposti ad una serie di analisi di caratterizzazione con il duplice scopo di individuare alcune delle impostazioni di stampa e di verificare il corretto svolgimento dei processi che portano alla produzione di un pezzo tridimensionale. Le caratterizzazioni effettuate hanno riguardato principalmente lo studio delle proprietà termiche e morfologiche della polvere e dei campioni stampati. Le proprietà dei due biopolimeri sono state infine confrontate tra loro per evidenziarne le differenze e le proprietà comuni, sia nella prima fase di ottenimento della polvere sia nel corso del processo di stampa 3D. I risultati ottenuti mostrano che l’introduzione di materiali biodegradabili nel settore dell’additive manufacturing potrebbe portare alla creazione di oggetti 3D (ad esempio per la prototipazione) facili da smaltire senza gravare sull’ambiente a causa della loro sostenibilità.