Пластик PLA в 3D‑печати

Самым широко применяемым пластиком в 3D‑печати по технологии FDM является PLA. Polylactic Acid, полилактид или полимолочная кислота – экологичный, биоразлагаемый полиэфир, основу которого составляет преимущественно молочная кислота. Регулируя ее уровень при производстве, можно получить различные свойства полимера, тем самым расширяя области его использования. Изготавливают PLA из органического сырья – кукурузы, соевого белка, тростника и тому подобного, что делает производство недорогим, а его ресурсы возобновляемыми.

Появлению PLA мы обязаны американскому химику Уоллесу Карозерсу, который также известен как создатель нейлона и неопрена. Несмотря на то, что полилактид был изобретен в 1930-е годы, его коммерческое производство началось лишь спустя пятьдесят лет.

За последнее время применение этого материала выросло до огромных масштабов в качестве упаковочного материала и филамента для 3D‑печати, а по популярности он стал биопластиком номер один в мире.

Натуральный PLA представляет собой непрозрачный пластик мутноватого светлого оттенка и обладает следующими физическими свойствами:

Рабочий диапазон температур PLA‑пластика значительно ниже, чем у ABS. По причине высокой гигроскопичности не следует использовать данный полимер на морозе, а верхняя граница температур колеблется в районе 60‑70 градусов, хотя некоторые разновидности способны выдержать и немного больше. В качестве растворителей используются диоксан, дихлорэтан, горячий бензол. Из‑за низкой температуры плавления PLA трудно обрабатывать механическими способами.

Самое главное преимущество PLA – безопасность. Пластик полностью экологичный, биоразлагаемый (в течение порядка шести месяцев при соблюдении правильных условий) и биосовместимый. Во время печати выделяет легкий приятный запах, напоминающий готовый попкорн. При прочих равных условиях PLA стабилен, безопасен для использования в пищевой промышленности и медицине. Без каких-либо проблем подвергается переработке и повторному использованию, а ресурсы для его производства возобновляемые.

Чаще всего PLA используется в 3D‑печати чистым, без примесей, однако существуют различные интересные модификации, нацеленные на повышение механических и температурных характеристик, а также долговечности. Вот некоторые из них.

По составу почти не отличается от оригинального полилактида, однако благодаря некоторым химическим добавкам обладает более высокими механическими характеристиками, у него лучше межслойная адгезия и качество поверхности.

Как видно по названию, в составе этой модификации PLA присутствуют волокна различных видов древесины, что дает возможность удобной механической обработки, а внешне изделия максимально похожи на деревянные.

Уже известная структура пластика с добавлением углеволокна. Повышает термостойкость и механические характеристики.

Эти разновидности по своим характеристикам не отличаются от обычного PLA. В составе присутствуют фосфоресцирующие пигменты или специальные добавки, позволяющие пластику светиться в темноте или иметь повышенную яркость.

За счет различных добавок такие разновидности отличаются от оригинального PLA только внешним видом. Эффект переливания благодаря блесткам, блестящая шелковистая структура, изменение цвета при освещении и прочее – это про них.

PLA довольно плохо поддается механической обработке из‑за низкой температуры плавления. Шлифовку имеет смысл применять только вручную, например, наждачной бумагой, потому что при автоматической модель начнет плавиться и комковаться от перегрева. Также следы слоев можно убирать с помощью специальных паст и шпаклевок с дальнейшей покраской акрилом или эмалью.

Полилактид является стойким к повседневно используемым растворителям, поэтому для химической обработки требуется применять едкие и опасные вещества, такие как диоксан и дихлорэтан. Идеально гладкой глянцевой поверхности добиться вряд ли удастся, однако основные дефекты убрать получится без проблем.

PLA неприхотлив в аддитивном производстве, и некоторые умельцы печатают им на столах без подогрева, однако для комфортной работы и хорошей адгезии следует выставлять температуру стола в 50‑60 °C или использовать адгезивный клей.

Не стоит выставлять слишком большую температуру экструдера. Из-за этого может возникнуть эффект паутины, и вся напечатанная деталь будет покрыта мелкими пластиковыми ворсинками, а внешняя поверхность потеряет эффектный вид.

Величина скорости может варьироваться довольно в большом диапазоне – от 10 до 100 мм/c. Для получения более качественного результата логично использовать более низкую скорость, при этом на выполнение задания потребуется больше времени.

Сквозняки, вентиляция и кондиционеры, конечно же, могут подпортить качество печати, хотя и не в такой степени, как, например, в случае с ABS. Лучший вариант избежать подобных проблем – использовать 3D-принтеры с закрытой камерой построения. Впрочем, для печати PLA‑пластиком это необязательное условие.

Итак, мы увидели, что PLA является неприхотливым, безопасным и дешевым расходным материалом для FDM‑печати. Он подходит для решения задач, в которых внешний вид и форма важнее прочности и долговечности. Полилактид служит идеальным материалом не только для начинающих пользователей, но и остается рабочим инструментом профессионалов. Экологичность и безопасность данного полимера позволяют использовать его в различных отраслях, в том числе пищевой промышленности и медицине.