PLA-пластик: характеристики, настройки печати, советы

July 1, 2021
0 comments

Полилактид (ПЛА, PLA) — это биополимер, пользующийся высокой популярностью среди энтузиастов 3D-печати по двум основным причинам.

PLA-пластик

Основные преимущества и недостатки ПЛА

Во-первых, это экологичный, биоразлагаемый пластик, получаемый из натурального сырья — как правило, агропромышленных отходов кукурузы и сахарного тростника, из которых добывается крахмал, перерабатываемый в молочную кислоту и лактид, а затем в итоговый полимер. Стоит иметь в виду, что биоразлагаемость полилактида условна в том смысле, что он действительно распадается под воздействием микроорганизмов, однако в обычных условиях происходит это не так уж и быстро. Для оперативной переработки требуются промышленные компостеры, а в сухих, чистых и прохладных условиях срок жизни изделий из ПЛА измеряется годами. В то же время, чистый материал совершенно нетоксичен, а потому хорошо подходит, например, для производства детских игрушек при условии использования нетоксичных красителей.

Второй момент — это простота 3D-печати полилактидом. Среди всех доступных материалов это один из наиболее непривередливых в плане технических возможностей используемого оборудования, так как ПЛА не требует высокотемпературных хотэндов, износостойких сопел или термокамер, и даже позволяет обходиться без подогреваемых столиков. Этот материал — прекрасный выбор для начинающих пользователей 3D-принтеров.

Профессионалы тоже не обходят ПЛА стороной, так как он хорошо подходит для быстрого прототипирования, изготовления макетов и сувенирной продукции со стабильными результатами, снижающими трудозатраты.

PLA-пластик

С другой стороны, полилактид не лишен недостатков, среди которых можно отметить крайне низкую теплостойкость (всего около 50°С) и довольно высокую хрупкость, осложняющие использование этого полимера в инженерных приложениях, например в производстве нагруженных конструкций и деталей механизмов, а также делающие практически невозможной продолжительную эксплуатацию изделий из этого материала на открытом воздухе, особенно в жарком климате. Низкая теплостойкость также затрудняет механическую обработку.

Напоследок стоит упомянуть еще одно популярное направление использования полилактида — 3D-печать выплавляемых/выжигаемых литейных мастер-моделей. Здесь у ПЛА целый ряд плюсов, включая один неочевидный: этот полимер относительно дешев и обладает низкой зольностью, а низкую температуру тепловой деформации можно считать не недостатком, а преимуществом, так как быстрая потеря прочности помогает предотвращать растрескивание литейных форм из-за теплового расширения полимерной начинки при обжиге.

Общие характеристики REC PLA:

  • Плотность: 1,25 г/см^3
  • Температура эксплуатации: от -20°С до +40°С
  • Температура размягчения: ~ 50°С

Механические характеристики REC PLA:

  • Ударная вязкость по Шарпи: 5,62 кДж/м^2
  • Прочность при растяжении вдоль слоев: 34,8 МПа
  • Модуль упругости при растяжении вдоль слоев: 1,32 ГПа
  • Прочность на изгиб: 94,2 МПа
  • Модуль упругости на изгиб: 3,04 ГПа
  • Максимальная нагрузка на изгиб: 154 Н
  • Прочность при растяжении поперек слоев: 31,2 МПа
  • Модуль упругости при растяжении поперек слоев: 3,07 ГПа
  • Максимальная нагрузка на растяжение: 1419 Н
  • Прочность на сжатие: 77,4 МПа
  • Модуль упругости на сжатие: 2,96 ГПа
  • Максимальная нагрузка на сжатие: 9719 Н
  • Коэффициент удлинения: 30%
  • Биоразлагаемость: да
  • Диэлектрическая проницаемость: 3,95х10^13 Ом/см
  • Предел текучести при растяжении и температуре 23°С: н/д
  • Прочность при изгибе 2,8 мм/мин. 23°C: н/д
  • Ударная твердость по Роквеллу (шкала R): н/д
  • Масло- и бензостойкость (максимальное изменение формы за 24 часа): 0,3%
  • Кислородный индекс, %O2 по ГОСТ 21793-76: 20,8-21
  • Массовая доля золы по ГОСТ 15973: менее 0,01%

Рекомендации по подготовке к 3D-печати PLA-пластиком

Для 3D-печати полилактидом подойдет любой, даже самый бюджетный FDM 3D-принтер. ПЛА отличается низкой термоусадкой, а потому не требует использования термокамер. Подогрев столика опционален и в большинстве случаев избыточен. Более того, этот материал достаточно долго застывает, что вкупе с изначально низкой температурой тепловой деформации требует помощи не с подогревом, а наоборот с охлаждением укладываемого пластика, чтобы он успевал схватываться и сохранял форму при укладке последующих слоев и построении нависающих элементов. По этой причине при работе с ПЛА настоятельно рекомендуется включать обдув печатаемых изделий. Для этой цели головки абсолютного большинства FDM 3D-принтеров оснащаются специальными фабричными или самодельными вентиляторами с подводом воздуха к соплу (см. иллюстрацию ниже).

PLA-пластик

ПЛА демонстрирует высокую межслойную адгезию, что хорошо, а чтобы материал лучше схватывался со столиком, рабочую поверхность желательно покрыть синим малярным скотчем (как на иллюстрации ниже), лаком для волос, либо тонким слоем клея — подойдет обычный канцелярский клей-карандаш или наш специальный, универсальный состав The3D. Во многих случаях дополнительные адгезионные средства не требуются вообще, например при использовании 3D-принтеров со специальными адгезионными покрытиями или стеклянных столиков.

PLA-пластик

При необходимости, для повышения схватывания с поверхностью можно включить подогрев столика, но без чрезмерного нагревания, памятуя о низкой теплостойкости ПЛА. Например, можно включить подогрев в начале 3D-печати для улучшения схватывания первого слоя модели со столиком или вспомогательным адгезионным покрытием, а затем отключить, чтобы столик не генерировал избыточное тепло.

PLA-пластик

Как и с любым другим материалом, при работе с ПЛА важно не превышать допустимую скорость и температуру 3D-печати. Конкретный скоростной диапазон указать не можем, так как он зависит от используемого оборудования, но насчет температурного режима поясним, что нагревание хотэнда свыше рекомендуемых параметров ради повышения производительности крайне нежелательно, так как перегрев материала способствует образованию нагара внутри хотэнда и возникновению пробок в соплах.

Рекомендуемые настройки для 3D-печати материалом REC PLA:

  • Температура сопла: 200-220°C
  • Температура стола: 0-60°C
  • Обдув крайне желателен
  • Рекомендуемые адгезионные средства: клей The3D, синий скотч
  • Минимальный диаметр сопла: 0,1 мм

Хранение PLA-пластика

Все полимеры в той или иной степени гигроскопичны, и ПЛА — не исключение. Насыщенность влагой может привести к закипанию материала в хотэнде с разными неприятными последствиями вроде прерывистой подачи с щелчками, образования пузырьков, расслоения и других дефектов. Кроме того, продолжительное воздействие влаги приводит к потере физико-механических свойств, так что филаменты желательно держать сухими. Ничего сложного здесь нет, достаточно просто упаковывать неиспользуемые катушки в плотно закрытые пластиковые пакеты или контейнеры, предварительно положив внутрь пакетик силикагеля.

PLA-пластик

Заодно такая упаковка предотвратит накапливание пыли, способной образовывать нагар в хотэнде и сопле. Если пластик все же покроется пылью, достаточно пропустить филамент через простой поролоновый фильтр (например, вот такой) по пути от катушки до хотэнда прямо во время 3D-печати.

очиститель для филамента

При необходимости материал можно просушить непосредственно перед 3D-печатью. Подробно о том, как правильно хранить и сушить пластики, можно узнать из отдельных статей по этим ссылкам:

- Хранение филамента

Сушка пластика

Наконец, еще раз напомним про низкую теплостойкость полилактида и порекомендуем хранить филамент в прохладном месте, подальше от прямого воздействия солнечного света, радиаторов отопления, кухонных плит и других источников тепла.

Постобработка PLA-пластика

Полилактид — материал твердый, но не лучшим образом подходящий для механической обработки ввиду трудностей, связанных с низкой температурой плавления. В то же время стоит помнить о довольно высокой хрупкости этого материала: при слишком сильном механическом воздействии возможно растрескивание, так что к сверлению, фрезерованию, гравированию и другим подобным процедурам стоит подходить аккуратно.

Изделия из PLA-пластика

Материал хорошо поддается покраске акриловыми красками, желательно с использованием грунтовки. Для склеивания можно применять цианоакрилат (супер-клей), а также некоторые растворители, например дихлорэтан и дихлорметан. Последние также хорошо подходят для сглаживания поверхностей. Имейте в виду, что это токсичные, летучие жидкости, требующие строгого соблюдения техники безопасности. Более безопасным вариантом для сглаживания слоев служит концентрированный лимонен. Ацетон с ПЛА не работает.

Безопасность PLA-пластика REC

В общем и целом, полилактид считается одним из самых безопасных материалов в арсенале 3D-печатников, но стоит иметь в виду, что все зависит от добросовестности производителей — нет никаких гарантий, что в дешевом филаменте под сомнительным брендом не будут присутствовать токсичные красители или другие добавки. Мы всегда предоставляем информацию о безопасности выпускаемых пластиков для 3D-печати, включая наш фирменный вариант полилактида — REC PLA.

изделия из PLA-пластика

Несмотря на высокую безопасность ПЛА, мы рекомендуем никогда не рисковать и всегда печатать в хорошо вентилируемых помещениях, по возможности с вытяжкой, вне зависимости от используемого материала.

Объемы выделений и предельно допустимые концентрации (ПДК):

  • Метанол: <0,1 мг/м^3 (ПДК 15 мг/м^3)
  • Уксусная кислота: <2,5 мг/м^3, (ПДК 5 мг/м^3)
  • Ацетон: 1,285 ± 0,32 мг/м^3 (ПДК 800 мг/м^3)

Сертификаты безопасности публикуются в специальном разделе нашего сайта.

Испытания PLA-пластика REC

Наша компания последовательно проводит испытания выпускаемых филаментов для 3D-принтеров. С отчетами об испытаниях* REC PLA можно ознакомиться по ссылкам ниже:

На ударную вязкость по Шарпи

На изгиб

На разрыв вдоль слоев

На разрыв поперек слоев

На сжатие

СанЭпидем

*все испытания проводились на напечатанных образцах с толщиной слоя 0.2мм