Bogotá - Ingeniería - Doctorado en Ingeniería - Ciencia y Tecnología de Materiales · 2026

Obtención de material extruible a base de ácido poliláctico a partir del lactosuero con aplicaciones en el desarrollo de manufactura aditiva

En la actualidad la industria de manufactura aditiva ha incrementado su producción, debido a la masificación de la síntesis de polímeros termoestables aplicados a lo que hoy se conoce como impresión 3D. El ácido poliláctico (PLA) es uno de los polímeros mayormente empleados para utilizarlo en el proceso de fabricación de filamentos por el método fused filament fabrication (FFF). Este es un polímero biodegradable cuyo origen puede ser fuentes renovables como la caña de azúcar, el maíz, remolacha y el suero de queso. Esta tesis doctoral pretende desarrollar filamentos de impresión 3D a base de PLA producido a partir del suero de queso con el fin de darle valor agregado al suero como subproducto de la elaboración del queso. Inicialmente las etapas de producción de PLA fueron fermentación, separación y polimerización por apertura de anillo. Posteriormente para el desarrollo de filamentos se realizó la mezcla de PLA comercial aditivado con PEG y PLA de peso molecular cercano a los 90000 Da determinado por el método de peso molecular promedio viscoso, como plastificantes, en los procesos de mezclado mecánico en fundido, pelletización y extrusión. La variable de respuesta principal fue el diámetro del filamento (1,75 ± 0,1 mm), medido con un micrómetro laser de doble eje Mercury-tech en el método de índice de fluidez, requisito para garantizar una adecuada impresión. El desarrollo de la presente tesis ha sido el resultado de la revisión bibliográfica, de las investigaciones previamente realizadas con respecto a la problemática actual que presenta el suero de queso como residuo de la industria láctea. Donde se planteó en la metodología reutilizar dicho residuo para generar PLA extruible mediante la modificación del PLA de alto peso molecular producto del proceso de polimerización y a su vez con la aplicación de PLA de menor peso molecular con efecto de plastificante obtenido como subproducto del proceso de polimerización y con PEG también como plastificante. Esta investigación evaluó la obtención de ácido poliláctico (PLA) a partir de lactosuero como alternativa sostenible para la producción de filamentos destinados a manufactura aditiva. El proceso de fermentación con Lactobacillus helveticus y Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis alcanzó una conversión de 0,671 g de ácido láctico/g de lactosa y una concentración de 100,6 g/L. La recuperación mediante resinas de intercambio iónico fue del 80,7 %, y la polimerización asistida por microondas permitió obtener PLA con pesos moleculares >120.000 Da en 30 minutos. El material se caracterizó por DSC, TGA, FTIR y viscosimetría intrínseca. Los filamentos a base de PLA comercial modificados empleando PEG, OLAs y PLA-R fueron evaluados mediante ensayos mecánicos, reológicos e impresión 3D. El índice de fluidez (MFI) aumentó de 5,3 a 6,1 g/10 min con la adición de plastificantes, confirmando la mejora en la fluidez del fundido. Mecánicamente, el PLA comercial presentó ≈55 MPa y elongación <1 %, mientras que PLA/PEG 6000 (20 %) redujo la resistencia a ≈30 MPa con mayor ductilidad, y las mezclas con OLAs alcanzaron elongaciones >200 %. En impresión 3D, las probetas Dogbone fabricadas con estas mezclas mostraron mayor absorción de energía (≈6–10 J) frente al PLA comercial (0,02 J). Los análisis SEM evidenciaron que ajustar el caudal al 135 % redujo vacancias internas al 31 %, mejorando la cohesión interlaminar. Estos resultados confirman la viabilidad de producir y modificar PLA a partir de lactosuero para aplicaciones en manufactura aditiva bajo un esquema de economía circular. (Texto tomado de la fuente)

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