Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Cellulose and polypropylene filament for 3D printing
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE).
2016 (English)Independent thesis Basic level (professional degree), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
Cellulosa och polypropen filament för 3D-utskrivning (Swedish)
Abstract [en]

Additive manufacturing has become a very popular and well mentioned technique in recent years. The technique, where 3 dimensional (3D) printing is included, creates opportunities to develop new designs and processing systems. As a research institute within the forest based processes and products, Innventia AB has an idea of combining 3D printing with cellulose. The addition of cellulose will increase the proportion of renewable raw material contributing to more sustainable products. However, when cellulose is added the composition of the filaments changes. The main aim for the project is to devise methodologies to improve properties of composite filaments used for 3D printing. Filament in 3D printing refers to a thread-like object made of different materials, such as PLA and ABS, that is used for printing processes.

A literature study was combined with an extensive experimental study including extrusion, 3D printing and a new technique that was tested including 3D scanning for comparing the printed models with each other. The extruding material consisted of polypropylene and cellulose at different ratios, and filaments were produced for 3D printing. The important parameters for extruding the material in question was recorded. Because the commingled material (PPC) was in limited amount, UPM Formi granulates, consisting of the same substances, was used first in both the extrusion and printing process. Pure polypropylene filaments were also created in order to strengthen the fact that polypropylene is dimensional unstable and by the addition of cellulose, the dimensional instability will decrease.

After producing filaments, simple 3D models were designed and printed using a 3D printing machine from Ultimaker. Before starting to print, the 3D model needed to be translated into layer-by-layer data with a software named Cura. Many parameters were vital during printing with pure polypropylene, UPM and PPC. These parameters were varied during the attempts and marked down for later studies.

With the new technique, in which 3D scanning was included, the 3D printed models were compared with the original model in Cura in order to overlook the deformation and shape difference. The 3D scanner used was from Matter and Form. Photographs of the printed models, results from the 3D scanner, and screenshots on the model in Cura were meshed together, in different angles, using a free application named PicsArt.

The result and conclusion obtained from all three parts of the experimental study was that polypropylene’s dimensional stability was improved after the addition of cellulose, and the 3D printed models’ deformation greatly decreased. However, the brittleness increased with the increased ratio of cellulose in the filaments and 3D models.

Abstract [sv]

Additiv tillverkning har på den senare tiden blivit en mycket populär och omtalad teknik. Tekniken, där tredimensionell (3D) utskrivning ingår, ger möjligheter att skapa ny design och framställningstekniker. Som ett forskningsinstitut inom massa- och pappersindustrin har Innventia AB en ny idé om att kombinera 3D-utskrivning med cellulosa. Detta för att höja andelen förnybar råvara som leder till mer hållbara produkter. Dock kommer filamentens sammansättning vid tillsättning av cellulosa att ändras. Det främsta syftet med detta projekt är att hitta metoder för att förbättra egenskaperna hos de kompositfilament som används för 3D-utskrifter. Filament inom 3D-utskrivning är det trådlika objektet gjort av olika material, såsom PLA och ABS, som används vid utskrivningsprocessen.

En enkel litteraturstudie kombinerades med en experimentell studie. Det experimentella arbetet var i fokus i detta projekt som omfattade extrudering, 3D-utskrivning samt en ny teknik som prövades, där 3D-scanning ingick, för att jämföra de utskrivna modellerna med varandra. Extruderingsmaterialet bestod av polypropen och cellulosa av olika halter, och av detta material tillverkades filament för 3D-utskrivning. De viktiga parametrarna för extrudering med det önskade materialet antecknades. Eftersom mängden cominglat material (PPC) var begränsat, användes först UPM Formi granuler, som består av samma substanser som i PPC, i både extruderingen och utskrivningen. Filament av ren polypropen tillverkades också för att stärka det faktum att polypropen är dimensionellt instabil. Genom att tillsätta cellulosa minskades dimensionsinstabiliteten.

Efter att filamenten hade tillverkats, designades enkla 3D-modeller för utskrivning med en 3D-utskrivare från Ultimaker. Innan utskrivningen kunde börja behövde 3D-modellen bli översatt till lager-på-lager-data med hjälp av en programvara vid namn Cura. Många parametrar är viktiga vid utskrivning med ren polypropen, UPM samt PPC. Temperatur och hastighet varierades för de olika försöken och antecknades för senare studier.Med den nya tekniken, där 3D-scanning ingår, jämfördes de utskrivna 3D-modellerna med originalmodellen i Cura för att se över deformationen och formskillnaden. Den 3D-scanner som användes kom från Matter and Form. Fotografier på de utskrivna modellerna, resultaten från 3D-scannern och bilder på modellerna i Cura sammanfogades i olika vinklar med hjälp av ett gratisprogram som heter PicsArt.

Det resultat som erhölls och den slutsats som kunde dras utifrån alla tre delarna av den experimentella studien var att polypropens dimensionsinstabilitet minskades efter tillsatsen av cellulosa, och att de 3D-utskrivna modellernas deformation minskade kraftigt. Skörheten ökade ju högre halt cellulosa som filamenten och de utskrivna modellerna innehöll.

Place, publisher, year, edition, pages
2016.
Keyword [en]
Additive manufacturing, 3D printing, extrusion, polypropylene, filament
National Category
Chemical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-195829OAI: oai:DiVA.org:kth-195829DiVA: diva2:1045579
Educational program
Bachelor of Science in Engineering - Chemical Engineering
Available from: 2016-11-10 Created: 2016-11-10 Last updated: 2016-11-10Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2292 kB)23 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2292 kBChecksum SHA-512
6b3575a6c653db8ff97517d42614aee25d23ab9759e69f9b9aa43947ee28a1899c50849c02a3130d2be8fea90d656015a58af0c51b57c1bd596f96051d42de3a
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Chemical Science and Engineering (CHE)
Chemical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 23 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 36 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link