PLA-пластик (полимолочная кислота, полилактид) — это полимер, получаемый из ферментированного кукурузного крахмала или отходов сахарного тростника. Экологически чистая и биоразлагаемая альтернатива традиционным «нефтяным» пластикам. Применяется в разных сферах производства, включая 3D-печать.
Химик Теофиль-Жюль Пелуз впервые синтезировал PLA в 1845 году. С 1960-х полимер применяют в медицине — для производства рассасываемых шовных нитей и имплантатов. В остальных сферах не пользовался популярностью вплоть до 1990-х годов из-за более высокой цены в сравнении с дешёвыми продуктами нефтепереработки.
Сегодня PLA сравнялся по стоимости с ABS и нейлоном, а повсеместное введение углеродного налога (carbon tax) для производителей и продавцов «вредных пластиков», сделало материал востребованным и конкурентным.
Характеристики
Особенность PLA — высокая поверхностная энергия, что делает биопластик идеальным для 3D-печати. Его поверхность гладкая на ощупь, но «шероховатая» на молекулярном уровне». PLA легко окрашивается без грунтовки и праймера. Поддаётся холодному «свариванию» без клея.
Основные характеристики материала:
| Температура изгиба под нагрузкой (HDT) | ~52 ° C |
| Плотность | ~1,24 г/см³ |
| Предел прочности при изгибе | ~55 МПа |
| Прочность на разрыв | ~57,8 МПа |
| Температура плавления | 173-178°C |
| Температура стеклования | 60-65°C |
| Относительное удлинение при разрыве | 3,8% |
| Ударная вязкость (Дж/м) | ~96 |
| Твердость | R70-R90 |
| Минимальная толщина печати | 1 мм |
| Допустимая разбежность при печати | ± 0,1% |
| Усадка при печати | до 0,37% |
Сильная сторона PLA — почти нулевая усадка. Он востребован везде, где нет повышенных требований к термической стабильности.
Температура эксплуатации
Физические и механические свойства различаются в зависимости от конкретного типа полимера. Обычный PLA плавится при температуре ~110 °C. Адаптированный для 3D-печати биопластик в нитях — при 170-190 °C.
От ABS и нейлона PLA отличает относительно низкая температура стеклования. В зависимости от нити, обычно в пределах 55-65 °С. Это сужает область применения. Например, даже соприкосновение с горячим металлом или жидкостью приводит к размягчению и деформации деталей.
Проблему решают, внося в состав различные добавки. Композиты PLA с другими полимерами меняют механические свойства полилактида, делая его более прочным, эластичным или термостойким.
Преимущества PLA пластика
Конкурентные преимущества PLA:
- Биопластик — один из самых простых в использовании материалов для 3D-печати. Ему не нужен печатный стол с прогревом. Подходит для самых бюджетных моделей.
- Детали легко приклеивается к различным поверхностям или друг к другу без использования клеящих составов.
- PLA — материал для быстрого прототипирования. Низкая температура печати и почти нулевая усадка делает его одним из самых простых материалов для 3D-печати.
- Полилактид производит детали с глянцевой поверхностью, легко поддается шлифовке и механической обработке.
- PLA не выделяет вредных испарений в отличие от нитей из АБС-пластика или нейлона.
- Благодаря незначительной усадке, материал подходит для изготовления деталей с точными размерами, почти полное соответствие напечатанных деталей чертежам.
- Теплотворность PLA при сжигании ниже, чем у бумаги. Вдвое меньше, чем у полиэтилена или нейлона. Горит почти без дыма. Токсичных газов не выделяет.
- Не вредит живым организмам и широко используется в медицине. Например, для производства неразборных хирургических конструкций, внутренних швов, капсул с замедленным высвобождением лекарства. Это самый безопасный и гигиеничный полимер из всех доступных на рынке.
Ограничения PLA, о которых тоже нельзя не упомянуть:
Низкая температура плавления делает биопластик плохим кандидатом для заготовок и деталей, которые будут подвергаться нагреву. PLA демонстрирует отличные механические свойства, такие как прочность и жесткость. Но при 60ºC и выше, внутренние напряжения приводят к деформации. Вот почему PLA пока укрепился преимущественно в бюджетном сегменте рынка 3Д-печати.
Где используется PLA пластик?
Чистый PLA прозрачный и блестящий, похож на стекло. Хорошо держит печать, устойчив к жирам, большинству органических растворителей и пищевых кислот. Биопластик заменяет нефтяные полимеры во многих областях промышленности.
Чаще всего встречается в таких продуктах:
- столовые приборы;
- посуда;
- упаковка для продуктов питания;
- нетканые материалы;
- текстиль;
- гигиенические средства;
- защитные упаковки.
Находит применение в электронике (защитные покрытия для гаджетов, компонентов ПК) и автомобилестроении.
PLA-пластик по-прежнему востребован в медицине. Из него делают штифты, винты, спицы, стержни и пластины. В отличие от металла или обычного пластика, их не нужно вытаскивать после заживления раны. Материал медленно растворяется, питая окружающие ткани. Бесследно исчезает спустя 6-12 месяцев.
Единственное ограничение связано с относительно низкой температурой стеклования. Из-за того, что процесс происходит ниже температуры закипания воды, немодифицированные типы PLA нельзя использовать для изготовления термостойкой посуды. Например, пластиковых стаканчиков для кофе или суповых тарелок.
В чем разница пластика ABS и PLA?
PLA и ABS — два самых популярных термопласта для 3D-печати. PLA гибкий, эластичный, с низкой температурой плавления. Больше подходит для любительской печати, быстрого прототипирования несложных объектов. ABS прочнее и легче, с более высокой температурой плавления, что делает его лучшим пластиком для печати массивных деталей, сложных движущихся конструкций.
Сравнение PLA и ABS по базовым свойствам:
| Характеристики | ABS | PLA |
| Предел прочности | ~27 МПа | ~37 МПа |
| Относительное удлинение | 3,5% | 6% |
| Модуль упругости при изгибе | ~7,6 ГПа | ~4 ГПа |
| Плотность | 1,0 г/см3 | 1,3 г/см3 |
| Температура плавления | +200 ℃ | До 173 ℃ |
| Биоразлагаемый | Нет | Да |
| Температура стеклования | 105 ℃ | 60 ℃ |
PLA прочный, пластичный, но более хрупкий. ABS лёгкий, упругий, лучше противостоит деформации.
Отделка поверхности и постобработка для PLA и ABS
Поверхность биопластика — глянцевая. Без шершавости или ощутимой слоистости. Почти не нуждается в шлифовке. Адгезия к пигментам высокая, краска ложится ровно, прилипает крепко.
ABS обычно дает матовую поверхность. Чтобы сгладить деталь и придать ей глянцевую поверхность, нужна двухэтапная постобработка:
- грубая механическая шлифовка;
- чистовая обработка ацетоносодержащими растворителями.
Для лучшего результата, перед окрашиванием или нанесением принта, поверхность грунтуют.
ABS или PLA — что лучше для 3D-печати?
ABS термостойкий, упругий, обладает более высокой теплоотдачей. Легче, чем PLA. Эти преимущества делают его более востребованным в промышленном производстве.
Однако PLA побеждает в других категориях. Примечательно, что он прочнее и жестче, чем ABS, хотя и более хрупкий. Из-за низкой температуры плавления теряет эти свойства при температуре выше 55 градусов. Это ограничивает область применения полилактида.
На стороне PLA также и простота использования. ABS сложнее печатать. Он выделяет токсичные газы и неприятный запах при печати. Биопластик — нет. С ним легко и безопасно работать. Не нужны высокие температуры, усадки почти нет.
При этом оба материала разлагаются под действием жёсткого ультрафиолетового излучения. Поэтому нуждаются в защитном покрытии. Методы постобработки одинаковые — механическая шлифовка и финишная полировка с помощью растворителя.
Изучив все особенности и свойства материалов, приходим к такому выводу:
- PLA — больше подходит начинающим пользователям и в малобюджетном производстве. Для обучения, создания декоративных элементов или игрушек.
- ABS — промышленный материал. Чаще используется при разработке прототипов зубчатых колес, шестерней, движущихся частей, различных инструментов. Полезен там, где в приоритете механическая и термическая стойкость.
Выбор правильного материала имеет решающее значение для получения предсказуемых результатов на производстве. Сравните и сопоставьте ABS и PLA с другими материалами, чтобы определить набор необходимых физических и механических свойств (таких, как прочность на изгиб или устойчивость к высоким температурам) необходимый именно вам.
