Análise da Estrutura e Propriedades de Compósitos de PLA com Pós de Madeira para Impressão 3D por Extrusão

Abstract

A incorporação de cargas naturais, como pó de madeira, em filamentos comerciais de poli(ácido lático) (PLA) representa uma alternativa promissora para tornar a impressão 3D por Fabricação de Filamentos Fundidos (FFF) mais sustentável e funcional. Este trabalho teve como foco a análise comparativa entre PLA sem carga, PLA com carga de mogno e PLA com carga de cerejeira, investigando os efeitos dessas cargas nas propriedades químicas, térmicas, mecânicas e microestruturais, tanto nos filamentos quanto nas peças impressas. Para isso, foram empregadas técnicas como Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Análise Termogravimétrica (TGA), análise gravimétrica, ensaios mecânicos (tração, dureza Shore D e análise dinâmico-mecânica – DMA) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os resultados indicaram que a estrutura química do PLA foi preservada após a incorporação das cargas naturais, enquanto a presença da carga de madeira influenciou a massa, a rigidez e a resistência dos materiais, com impactos evidentes na microestrutura, como porosidade e falhas na adesão entre matriz e carga. Visualmente, as peças produzidas com os compósitos apresentaram acabamento mais rústico, mas mantiveram boa estabilidade dimensional. Apesar das limitações estruturais, os compósitos mostraram potencial para aplicações em manufatura aditiva que priorizam a sustentabilidade e a estética diferenciada, sem exigir alta performance mecânica. Este estudo contribui para o avanço do conhecimento sobre o uso de compósitos lignocelulósicos na impressão 3D, abrindo caminho para o desenvolvimento de materiais mais ecológicos e funcionais, alinhados às tendências atuais de inovação e responsabilidade ambiental.

The incorporation of natural fillers, such as wood powder, into commercial poly(lactic acid) (PLA) filaments represents a promising alternative for making Fused Filament Fabrication (FFF) 3D printing more sustainable and functional. This work focused on a comparative analysis of unfilled PLA, mahogany-filled PLA, and cherry-filled PLA, investigating the effects of these fillers on the chemical, thermal, mechanical, and microstructural properties of both the filaments and the printed parts. Techniques such as Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), gravimetric analysis, mechanical tests (tensile, Shore D hardness, and dynamic mechanical analysis – DMA), and Scanning Electron Microscopy (SEM) were used. The results indicated that the chemical structure of PLA was preserved after the incorporation of natural fillers, while the presence of wood filler influenced the mass, stiffness, and strength of the materials, with evident impacts on the microstructure, such as porosity and adhesion failures between the matrix and filler. Visually, the parts produced with the composites presented a more rustic finish, but maintained good dimensional stability. Despite structural limitations, the composites showed potential for additive manufacturing applications that prioritize sustainability and distinctive aesthetics, without requiring high mechanical performance. This study contributes to the advancement of knowledge about the use of lignocellulosic composites in 3D printing, paving the way for the development of more environmentally friendly and functional materials, aligned with current trends in innovation and environmental responsibility.