Filamentos biodegradáveis para impressão 3D: uma revisão bibliométrica de materiais, tendências e perspetivas de sustentabilidade
DOI:
https://doi.org/10.29352/mill0222e.41695Palavras-chave:
filamentos biodegradáveis; impressão 3D; polímeros biodegradáveis; biodegradação; sustentabilidadeResumo
Introdução: A crescente preocupação com a sustentabilidade tem estimulado a investigação de polímeros biodegradáveis para aplicações em impressão 3D. Apesar do seu uso generalizado, os termoplásticos convencionais suscitam preocupações ambientais devido à sua elevada resistência à degradação ambiental.
Objetivo: Explorar a literatura existente sobre polímeros biodegradáveis utilizados na produção de filamentos para impressão 3D, com enfoque nas suas propriedades, condições de processamento e comportamento de biodegradação.
Métodos: Foi realizada uma análise bibliométrica com base em estudos publicados nas bases de dados Scopus e Web of Science, com o intuito de obter uma visão aprofundada sobre o desenvolvimento e as tendências nesta área. A análise foi efetuada com recurso ao software VOSviewer e ao pacote Bibliometrix em R, permitindo identificar tendências de investigação, principais autores e tópicos relevantes. Foi também aplicada a metodologia PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses), assegurando uma seleção sistemática e transparente dos estudos.
Resultados: Os resultados revelam que os principais tópicos de investigação são o ácido polilático (PLA), os compósitos e as propriedades mecânicas, refletindo esforços no sentido da melhoria dos materiais biodegradáveis. Entre as palavras-chave mais utilizadas destacam-se impressão 3D, fabrico aditivo e sustentabilidade, enquanto temas como economia circular e avaliação do ciclo de vida têm ganho crescente de atenção. Os autores mais relevantes nesta área no período (2022-2024) e artigos em análise incluem Mansingh B., Patti A., Raghunathan V. e Subramani R. Verifica-se também um interesse crescente em biopolímeros alternativos, como os poli-hidroxialcanoatos (PHB), bem como na utilização de resíduos para a produção de filamentos ecológicos.
Conclusão: Estes resultados salientam o papel dos filamentos biodegradáveis na promoção de uma impressão 3D mais sustentável. O estudo fornece uma visão abrangente do estado atual da investigação e destaca o potencial dos materiais biodegradáveis para impulsionar tecnologias de fabrico aditivo mais sustentável.
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Referências
Abdulrhman, M., Zhakeyev, A., Fernández-Posada, C. M., Melchels, F. P., & Marques-Hueso, J. (2022). Routes towards manufacturing biodegradable electronics with polycaprolactone (PCL) via direct light writing and electroless plating. Flexible and Printed Electronics, 7(2), 025006. https://doi.org/ 10.1088/2058-8585/ac6b6e
Andanje, M. N., Mwangi, J. W., Mose, B. R., & Carrara, S. (2023). Biocompatible and biodegradable 3D printing from bioplastics: A review. Polymers, 15(10), 2355. https://doi.org/10.3390/polym15102355
Aria, M., & Cuccurullo, C. (2017). Bibliometrix: An R-tool for comprehensive science mapping analysis. Journal of Informetrics, 11(4), 959-975. https://doi.org/10.1016/j.joi.2017.08.007
Bandini, F., Frache, A., Ferrarini, A., Taskin, E., Cocconcelli, P. S., & Puglisi, E. (2020). Fate of biodegradable polymers under industrial conditions for anaerobic digestion and aerobic composting of food waste. Journal of Polymers and the Environment, 28, 2539-2550. https://doi.org/10.1007/s10924-020-01791-y
Beltrán, F. R., Arrieta, M. P., Moreno, E., Gaspar, G., Muneta, L. M., Carrasco-Gallego, R., Yáñez, S., Hidalgo-Carvajal, D., de la Orden, M., & Martínez Urreaga, J. (2021). Evaluation of the technical viability of distributed mechanical recycling of PLA 3D printing wastes. Polymers, 13(8), 1247. https://doi.org/10.3390/polym13081247
Bher, A., Mayekar, P. C., Auras, R. A., & Schvezov, C. E. (2022). Biodegradation of biodegradable polymers in mesophilic aerobic environments. International Journal of Molecular Sciences, 23(20), 12165. https://doi.org/10.3390/ijms232012165
Cakir Yigit, N., & Karagoz, I. (2023). A review of recent advances in bio-based polymer composite filaments for 3D printing. Polymer-Plastics Technology and Materials, 62(9), 1077-1095. https://doi.org/10.1080/25740881.2023.2190799
Cañado, N., Lizundia, E., Akizu‐Gardoki, O., Minguez, R., Lekube, B., Arrillaga, A., & Iturrondobeitia, M. (2022). 3D printing to enable the reuse of marine plastic waste with reduced environmental impacts. Journal of Industrial Ecology, 26(6), 2092-2107. https://doi.org/https://doi.org/10.1111/jiec.13302
Ceylan Engin, I., Cakici Alp, N., & Aytac, A. (2024). Determination of optimum production and 3D printer application temperatures for hemp fiber reinforced polycarbonate composites. Polymer Composites, 45(15), 14268-14281. https://doi.org/10.1002/pc.28769
Choe, S., Kim, Y., Park, G., Lee, D. H., Park, J., Mossisa, A. T., Lee, S., & Myung, J. (2022). Biodegradation of 3D-printed biodegradable/non-biodegradable plastic blends. ACS Applied Polymer Materials, 4(7), 5077-5090. https://doi.org/10.1021/acsapm.2c00600
Damico, A. B., Aulicino, J. M., & Di Pasquale, J. (2022). What does sustainability mean? Perceptions of future professionals across disciplines. Sustainability, 14(15), 9650. https://doi.org/10.3390/su14159650
Dananjaya, S. A. V., Chevali, V. S., Dear, J. P., Potluri, P., & Abeykoon, C. (2024). 3D printing of biodegradable polymers and their composites–Current state-of-the-art, properties, applications, and machine learning for potential future applications. Progress in Materials Science, 101336. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101336
Dönitz, A., Köllner, A., Richter, T., Löschke, O., Auhl, D., & Völlmecke, C. (2023). Additive manufacturing of biodegradable hemp-reinforced polybutylene succinate (PBS) and its mechanical characterization. Polymers, 15(10), 2271. https://doi.org/https://doi.org/10.3390/polym15102271
Donthu, N., Kumar, S., Mukherjee, D., Pandey, N., & Lim, W. M. (2021). How to conduct a bibliometric analysis: An overview and guidelines. Journal of Business Research, 133, 285-296. https://doi.org/10.1016/j.jbusres.2021.04.070
Fico, D., Rizzo, D., De Carolis, V., Montagna, F., & Esposito Corcione, C. (2022). Sustainable polymer composites manufacturing through 3D printing technologies by using recycled polymer and filler. Polymers, 14(18), 3756. https://doi.org/10.3390/polym14183756
Folino, A., Karageorgiou, A., Calabrò, P. S., & Komilis, D. (2020). Biodegradation of wasted bioplastics in natural and industrial environments: A review. Sustainability, 12(15), 6030. https://doi.org/10.3390/su12156030
Gharibshahian, M., Salehi, M., Beheshtizadeh, N., Kamalabadi-Farahani, M., Atashi, A., Nourbakhsh, M. S., & Alizadeh, M. (2023). Recent advances on 3D-printed PCL-based composite scaffolds for bone tissue engineering. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 11, 1168504. https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1168504
Guimarães, A., Gomes, D., Vieira, A., & Oliveira, S. M. (2025a). Effect of laser parameters on through-thickness local hardness of polypropylene plates. Materials, 18(11), 2638. https://doi.org/10.3390/ma18112638
Guimarães, A., Reis, P., & Cardoso, A. J. M. (2025b). Bibliometric Analysis of Studies on Industry 4.0 Maturity Assessment in SMEs. Millenium - Journal of Education, Technologies, and Health, (16e), e36472. https://doi.org/10.29352/mill0216e.34672
Guimarães, A., Reis, P., & Cardoso, A. J. M. (2025). Análise bibliométrica dos estudos sobre a avaliação da maturidade do Lean nas PMEs. Millenium - Journal of Education, Technologies, and Health, 2(18e), e40029. https://doi.org/10.29352/mill0218e.40029
Guimarães, A., Messias, S., Lopes, J., Salgueiro, J., & Gaspar, D. (2026). Development of a polymer filament extruder: Recycling 3D Printer Waste. https://shre.ink/Lud6
Hajek, P., de la Fuente Antequera, A., Tošić, N., & Josa, I. (2023). Editorial to the Special Theme Sustainability. Structural Concrete, 24(2), 1723-1724. https://doi.org/10.1002/suco.202370200
Haryńska, A., Janik, H., Sienkiewicz, M., Mikolaszek, B., & Kucińska-Lipka, J. (2021). PLA–potato thermoplastic starch filament as a sustainable alternative to the conventional PLA filament: Processing, characterization, and FFF 3D printing. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 9(20), 6923-6938. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c09413
Helm, L. T., Murphy, E. L., McGivern, A., & Borrelle, S. B. (2022). Impacts of plastic waste management strategies. Environmental Reviews, 31(1), 45-65. https://doi.org/10.1139/er-2021-0117
Kazhymurat, T., Shehab, E., & Ali, M. H. (2022). IoT-based real-time 3D printing monitoring system. 2022 International Conference on Smart Information Systems and Technologies (SIST) (pp. 1-5). IEEE. https://shre.ink/LuW8
Khalid, M. Y., Arif, Z. U., Ahmed, W., & Arshad, H. (2022). Recent trends in recycling and reusing techniques of different plastic polymers and their composite materials. Sustainable Materials and Technologies, 31, e00382. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2021.e00382
Khilji, I. A., Chilakamarry, C. R., Surendran, A. N., Kate, K., & Satyavolu, J. (2023). Natural fiber composite filaments for additive manufacturing: a comprehensive review. Sustainability, 15(23), 16171. https://doi.org/10.3390/su152316171
Krapež Tomec, D., & Kariž, M. (2022). Use of wood in additive manufacturing: review and future prospects. Polymers, 14(6), 1174. https://doi.org/10.3390/polym14061174
Kumar, S., Kumar, S., Kumar, S., Yadav, T., Dhapola, P. S., & Singh, P. K. (2024). Reducing environmental plastic pollution by designing polymer materials for managed end‐of‐life. Macromolecular Symposia, 413(1), 2300146. https://doi.org/10.1002/masy.202300146
Kundak, H., & Bilisik, K. (2023). Development of three-dimensional (3D) biodegradable polyglycolic acid fiber (PGA) preforms for scaffold applications: Experimental patterning and fiber volume fraction-porosity modeling study. Polymers, 15(9), 2083.
La Fuente, C. I. A., Maniglia, B. C., & Tadini, C. C. (2023). Biodegradable polymers: A review about biodegradation and its implications and applications. Packaging Technology and Science, 36(2), 81-95. https://doi.org/10.3390/polym15092083
Manfra, L., Marengo, V., Libralato, G., Costantini, M., De Falco, F., & Cocca, M. (2021). Biodegradable polymers: A real opportunity to solve marine plastic pollution? Journal of Hazardous Materials, 416, 125763. https://doi.org/ 10.1016/j.jhazmat.2021.125763
Manoj, A., & Ch, R. (2022). Biodegradable filament for 3D printing process: A review. Engineered Science, 18(7), 11-19. https://doi.org/10.30919/es8d616
Mansingh, B. B., Binoj, J. S., Tan, Z. Q., Eugene, W. W. L., Amornsakchai, T., Hassan, S. A., & Goh, K. L. (2022). Comprehensive characterization of raw and treated pineapple leaf fiber/polylactic acid green composites manufactured by 3D printing technique. Polymer Composites, 43(9), 6051-6061. https://doi.org/10.1002/pc.26906
Mansingh, B. B., Binoj, J. S., Tan, Z. Q., Wong, W. L. E., Amornsakchai, T., Hassan, S. A., & Goh, K. L. (2023). Characterization and performance of additive manufactured novel bio-waste polylactic acid eco-friendly composites. Journal of Polymers and the Environment, 31(6), 2306-2320. https://doi.org/10.1007/s10924-023-02758-5
Maynard, D. D. C., Vidigal, M. D., Farage, P., Zandonadi, R. P., Nakano, E. Y., & Botelho, R. B. A. (2020). Environmental, social and economic sustainability indicators applied to food services: A systematic review. Sustainability, 12(5), 1804. https://doi.org/10.3390/su12051804
Mehrpouya, M., Vahabi, H., Barletta, M., Laheurte, P., & Langlois, V. (2021). Additive manufacturing of polyhydroxyalkanoates (PHAs) biopolymers: Materials, printing techniques, and applications. Materials Science and Engineering: C, 127, 112216. https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.112216
Morales, M. A., Atencio Martinez, C. L., Maranon, A., Hernandez, C., Michaud, V., & Porras, A. (2021). Development and characterization of rice husk and recycled polypropylene composite filaments for 3D printing. Polymers, 13(7), 1067. https://doi.org/10.3390/polym13071067
Palaniyappan, S., Sivakumar, N. K., Bodaghi, M., Rahaman, M., & Pandiaraj, S. (2024). Preparation and performance evaluation of 3D printed Poly Lactic Acid composites reinforced with silane functionalized walnut shell for food packaging applications. Food Packaging and Shelf Life, 41, 101226. https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2023.101226
Patti, A., Acierno, S., Cicala, G., Zarrelli, M., & Acierno, D. (2022). Recovery of waste material from biobags: 3D printing process and thermo-mechanical characteristics in comparison to virgin and composite matrices. Polymers, 14(10), 1943. https://doi.org/10.3390/polym14101943
Pecorini, G., Braccini, S., Parrini, G., Chiellini, F., & Puppi, D. (2022). Additive manufacturing of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)/poly (D, L-lactide-co-glycolide) biphasic scaffolds for bone tissue regeneration. International Journal of Molecular Sciences, 23(7), 3895. https://doi.org/10.3390/ijms23073895
Phosri, S., Kunjiek, T., Mukkhakang, C., Suebthep, S., Sinsup, W., Phornsirigarn, S., & Charoeythornkhajhornchai, P. (2022). Biodegradability of bioplastic blown film in a marine environment. Frontiers in Marine Science, 9, 917397. https://doi.org/10.3389/fmars.2022.917397
Polman, E. M., Gruter, G. J. M., Parsons, J. R., & Tietema, A. (2021). Comparison of the aerobic biodegradation of biopolymers and the corresponding bioplastics: A review. Science of the Total Environment, 753, 141953. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141953
Popescu, D., Stochioiu, C., Baciu, F., & Iacob, M. C. (2023). 3D-Printed Polycaprolactone Mechanical Characterization and Suitability Assessment for Producing Wrist–Hand Orthoses. Polymers, 15(3), 576. https://doi.org/10.3390/polym15030576
Prata, J. C., Silva, A. L. P., Da Costa, J. P., Mouneyrac, C., Walker, T. R., Duarte, A. C., & Rocha-Santos, T. (2019). Solutions and integrated strategies for the control and mitigation of plastic and microplastic pollution. International Journal of Environmental Research and Public Health, 16(13), 2411. https://doi.org/10.3390/ijerph16132411
Qin, M., Chen, C., Song, B., Shen, M., Cao, W., Yang, H., Zeng, G., & Gong, J. (2021). A review of biodegradable plastics to biodegradable microplastics: another ecological threat to soil environments? Journal of Cleaner Production, 312, 127816. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127816
Raghunathan, V., Ayyappan, V., Rangappa, S. M., & Siengchin, S. (2024). Development of fiber-reinforced polylactic acid filaments using untreated/silane-treated trichosanthes cucumerina fibers for additive manufacturing. Journal of Elastomers & Plastics, 56(3), 277-292. https://doi.org/10.1177/00952443241229186
Raj, S. A., Muthukumaran, E., & Jayakrishna, K. (2018). A case study of 3D printed PLA and its mechanical properties. Materials Today: Proceedings, 5(5), 11219-11226. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.01.146
Saleh, N. A. A., Mohammed, W. O. I., & Mubarak, M. (2021). Effects of cooling during 3D Printing for PLA filaments on printed models quality. International Design Journal, 11(4), 257-266. https://doi.org/10.21608/idj.2021.180934
Sasse, J., Pelzer, L., Schön, M., Ghaddar, T., & Hopmann, C. (2022). Investigation of recycled and coextruded PLA filament for additive manufacturing. Polymers, 14(12), 2407. https://doi.org/10.3390/polym14122407
Sciancalepore, C., Togliatti, E., Marozzi, M., Rizzi, F. M. A., Pugliese, D., Cavazza, A., Pitirollo, O., Grimaldi, M., & Milanese, D. (2022). Flexible PBAT-based composite filaments for tunable FDM 3D printing. ACS Applied Bio Materials, 5(7), 3219-3229. https://doi.org/10.1021/acsabm.2c00203
Silva, R. R. A., Marques, C. S., Arruda, T. R., Teixeira, S. C., & de Oliveira, T. V. (2023). Biodegradation of polymers: Stages, measurement, standards and prospects. Macromol, 3(2), 371-399. https://doi.org/10.3390/macromol3020023
Subramani, R., Mustafa, M. A., Ghadir, G. K., Al-Tmimi, H. M., Alani, Z. K., Rusho, M. A., Rajeswari, N., Haridas, D., Rajan, A. J., & Kumar, A. P. (2024). Exploring the use of biodegradable polymer materials in sustainable 3D printing. Applied Chemical Engineering, 7(2), 3870. https://doi.org/10.59429/ace.v7i2.3870
Tlegenov, Y., Hong, G. S., & Lu, W. F. (2018). Nozzle condition monitoring in 3D printing. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 54, 45-55. https://doi.org/10.1016/j.rcim.2018.05.010
Tricco, A. C., Lillie, E., Zarin, W., O'Brien, K. K., Colquhoun, H., Levac, D., Moher, D., Peters, M. D. J., Horsley, T., Weeks, L., Hempel, S., Akl, E. A., Chang, C., McGowan, J., Stewart, L., Hartling, L., Aldcroft, A., Wilson, M. G., Garritty, C., ... & Straus, S. E. (2018). PRISMA extension for scoping reviews (PRISMA-ScR): Checklist and explanation. Annals of internal medicine, 169(7), 467-473. https://doi.org/10.7326/M18-0850
Ulbrich, L. M., Balbinot, G. D. S., Brotto, G. L., Leitune, V. C. B., Soares, R. M. D., Collares, F. M., & Ponzoni, D. (2022). 3D printing of poly (butylene adipate‐co‐terephthalate) (PBAT)/niobium containing bioactive glasses (BAGNb) scaffolds: characterization of composites, in vitro bioactivity, and in vivo bone repair. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, 16(3), 267-278. https://doi.org/10.1002/term.3276
Van, N. J., & Waltman, L. (2018). Manual for VOSviewer version 1.6. 8. Universiteit Leiden. https://www.vosviewer.com/
Żur-Pińska, J., Gładysz, M. Z., Ubels, D., Siebring, J., & Włodarczyk-Biegun, M. K. (2023). Smart and sustainable: Exploring the future of PHAs biopolymers for 3D printing in tissue engineering. Sustainable materials and Technologies, 38, e00750. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2023.e00750
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