Forschende der Universidad Europea de Madrid haben in einer aktuellen Studie die Eignung von Polymerblends aus Polylactid (PLA) und Poly(ethyladipat) (PEA) als umweltfreundliche Binder für das Metal Injection Molding (MIM) untersucht. Mithilfe molekulardynamischer Simulationen konnten sie die Mischbarkeit beider Materialien unter verschiedenen Bedingungen analysieren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass PLA-PEA-Blends eine umweltverträgliche Alternative zu konventionellen MIM-Bindemitteln darstellen könnten.
Simulationen zeigen hohe Polymer-Kompatibilität
In der Fachzeitschrift „Sustainability“ veröffentlichten die Wissenschaftler ihre Erkenntnisse unter dem Titel „Molecular Dynamics Simulations of Sustainable Green Binders for Metal Injection Molding“. Ziel der Arbeit war es, die Wechselwirkungen zwischen PLA und PEA bei verschiedenen Konzentrationen und Temperaturen (298 K und 450 K) zu untersuchen. Hierbei wurde sowohl die Kohäsionsenergiedichte (CED) als auch der Wechselwirkungsparameter χ herangezogen.
Die Ergebnisse zeigen durchgängig negative χ-Werte, was auf eine gute Mischbarkeit beider Polymere hindeutet – mit einer leicht erhöhten Kompatibilität bei höheren Temperaturen. Besonders auffällig ist der Einfluss des Molekulargewichts: Niedrigeres PEA-Molekulargewicht verbessert die Mischbarkeit, was ebenfalls mit experimentellen Ergebnissen übereinstimmt.
Visualisierung der Materialverteilung
Die bereitgestellte Grafik veranschaulicht deutlich, wie sich PLA (grün) und PEA (rot) bei verschiedenen Mischverhältnissen in einem dreidimensionalen Raum verteilen. Während bei einem Verhältnis von 20 % PEA zu 80 % PLA die beiden Materialien noch weitgehend gleichmäßig vermischt erscheinen, bilden sich bei höheren PEA-Anteilen (30–70 bzw. 50–50) zunehmend getrennte Cluster. Diese bildliche Darstellung unterstützt die quantitativen Simulationsergebnisse zur Phasenseparation und Polymerkompatibilität.
Anwendung in der Praxis erfordert weitere Untersuchungen
Die Forscher betonen jedoch, dass trotz positiver Simulationsergebnisse weiterführende experimentelle Studien notwendig seien. Erste Versuche mit PLA-basierten Bindern deuten auf gute Fließeigenschaften, stabile Grünlinge sowie eine unkomplizierte Entfernung des Binders hin. Dennoch bleiben Herausforderungen wie mögliche Rückstände, Wechselwirkungen mit Metallpulvern und mechanische Probleme beim Sintern bestehen.
Künftige Arbeiten sollen daher neben weiteren realen Tests auch eine breitere Modellierungsbasis nutzen – etwa durch Variation der Polymerisationsgrade, längere Simulationszeiten und alternative Berechnungsmodelle.
Die PLA–PEA-Mischungen könnten langfristig ein entscheidender Schritt in Richtung nachhaltigerer additiver Fertigungsmethoden im Metallbereich sein. Doch wie sehen Sie das Potenzial solcher biobasierter Binder im industriellen Einsatz? Diskutieren Sie mit uns in den Kommentaren und abonnieren Sie unseren kostenlosen Newsletter, um keine weiteren Entwicklungen in der Welt des 3D-Drucks zu verpassen!