материал pla что это
PLA пластик для 3D принтера
PLA (полимолочная кислота или полиактид) представляет собой сложный полиэфир состоящий из молочной кислоты и лактида. Химическая формула пластика (C3H4O2)n. Молочная кислота может быть получена путем бактериальной ферментации различных углеводов.
В настоящее время для производства молочной кислоты используют натуральные продукты такие как кукурузный крахмал, сахарный тростник, корнеплоды маниока. Ведутся исследования по использованию в качестве сырья таких отходов сельского хозяйства как солома, шелуха, листья.
Свойства PLA пластика
PLA как и ABS является термопластом. Его также можно нагревать и охлаждать без потери свойств.
Огромным преимуществом PLA пластика является тот факт, что он естественным образом разлагается под действием окружающей среды. Бутылка, изготовленная из него и брошенная в море, разлагается в течении от шести месяцев до года.
Пластик не токсичен в твердом состоянии. При нагревании не выделяет вредных веществ и почти не имеет запаха.
Цвета PLA пластика
PLA пластик представлен разнообразными цветами, среди которых есть люминесцентные и прозрачные. Всего насчитывается около 30 цветов и оттенков, в том числе и такие как черный и белый.
Характеристики PLA пластика:
Применение PLA пластика
Пластик довольно прочный, но хрупкий, поэтому не рекомендуется применять его для изготовления ударопрочных изделий, например, чехлов для телефонов.
PLA пластик отлично подходит для производства одноразовой посуды, бутылок для воды, а также различных игрушек, сувениров, моделей, прототипов деталей и механизмов.
Изделия из PLA теряют форму при температуре около 60°С, поэтому не следует его применять там, где возможен нагрев до указанной температуры или выше.
Незаменим при изготовлении выжигаемых форм для литья, так как почти не оставляет золы.
Как печатать PLA пластиком
PLA пластиком можно печатать как на холодном столе, так и на столе с подогревом. Обязателен обдув изделия со всех сторон, чтобы избежать деформации при неравномерном остывании.
Настройки принтера для PLA пластика
Перед печатью необходимо откалибровать стол по методики, когда между столом и соплом должен помещаться лист бумаги. Для лучшей адгезии к холодному столу применяют различные клейкие ленты (малярный скотч, специальный синий скотч), специализирвоанные клеи.
Можно печатать прямо на стекле, разогрев стол до 70°С. Далее необходимо выставить настройки в слайсере, рекомендуемые производителем филамента и обязательно включить вентилятор обдува детали.
Температура печати PLA пластиком
Температура экструдера для PLA составляет 180°С — 200°С. Стол можно использовать без подогрева или нагреть до 70°С, напечатать первый слой, а затем отключить нагреватель.
PLA и ABS пластик — отличия
Основные материалы, применяемые при 3D печати, это ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол) и PLA (полимолочная кислота). Рассмотрим основные отличия этих пластиков.
Обработка PLA пластика
Готово изделие, напечатанное на FDM 3D принтере, имеет слоистую структуру. Это издержки метода, при котором расплавленный пластик наносится слой за слоем, создавая необходимую форму. Убрать эту слоистость, а также мелкие дефекты можно как химическими, так и механическими методами.
При помощи наждачки, надфиля, бормашинки убирают небольшие сколы, выступы. Химическими методами добиваются ровной, полированной поверхности. Наиболее часто применяют дихлорметан и тетрагидрофуран. Работают в перчатках, респираторе и в хорошо проветриваемом помещении, так как эти вещества ядовиты.
При работе с тетрагидрофураном необходимо использовать нитриловые или неопреновые перчатки. Дихлорметан наносят на деталь кисточкой из натурального волоса и дают высохнуть. Тетрагидрофураном смачивают белую без ворса тряпочку и полируют деталь. В обоих случаях поверхность получается ровной и глянцевой.
Изделия из PLA пластика можно окрашивать разнообразными акриловыми красками. Для того, чтобы краска прочно держалась, необходимо загрунтовать окрашиваемую поверхность любой акриловой грунтовкой. Для придания блеска, окрашенное изделие можно покрыть лаком.
Клей для PLA пластика
Склеить различные части изделия из PLA пластика можно при помощи дихлорэтана или любого клея (например, секундный «Момент») на цианоакрилатной основе. Клей из дихлорэтана можно приготовить, растворив мелкие кусочки пластика в дихлорэтане, в пропорции 10 к одному (10 частей растворителя, 1 часть пластика).
Затем обезжирить поверхности и смазать этим клеем одну из поверхностей. Через пару минут плотно прижать склеиваемые части и оставить на 5–7 часов. Для работы с клеем типа «Момент», необходимо руководствоваться прилагаемой к нему инструкцией.
Растворитель для PLA пластика
Растворителем для PLA является дихлорметан (метиленхлорид, хлористый метилен), дихлорэтан. Последний является сильным ядом и требует особых мер предосторожности при работе с ним.
Дихлорметан хотя и менее токсичен, но легко испаряется и может вызвать отравление при работе в закрытом помещении без вытяжки.
Адгезия первого слоя при печати PLA пластиком
PLA-пластик: характеристики, настройки печати, советы
Полилактид (ПЛА, PLA) — это биополимер, пользующийся высокой популярностью среди энтузиастов 3D-печати по двум основным причинам.
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.
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:
Механические характеристики REC PLA:
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).
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.
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.
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.
Реком ендуемые настройки для 3D-печати материалом REC PLA:
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.
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.
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:
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
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
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):
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:
*все испытания проводились на напечатанных образцах с толщиной слоя 0.2мм
Как использовать PLA пластик в проектах 3D печати
Рассмотрим преимущества и недостатки использования популярных PLA материалов в проектах 3D печати.
Как использовать PLA пластик в проектах 3D печати
Полилактид (PLA) является одним из наиболее широко используемых материалов для нитей 3D принтеров. Это связано с тем, что PLA сочетает в себе доступность, простоту печати и механические свойства, делающие его простым стандартным выбором.
Этот материал также полезен в широком диапазоне применений – хотя он не обязательно является лучшим выбором для любого конкретного применения.
Нить (филамент) из PLA пластика – одна из наименее требовательных к печати нитей. Печать ею выполняется при относительно низких температурах и не требует подогреваемого слоя или каких-либо особых условий хранения.
В чистом виде PLA доступен во множестве цветов и от разных поставщиков. Он часто используется в качестве основного материала во многих более специализированных материалах для 3D принтеров, таких как металлические, деревянные, светящиеся в темноте материалы и филаменты с добавками для повышения механической прочности, допустимости более высоких температур и лучшей обрабатываемости.
Несколько мотков нитей (филаментов) из PLA пластика разных цветов 
Диаграмма, показывающая достоинства PLA пластика
Стоимость
PLA считается доступным по стоимости материалом для 3D печати. Его цена варьируется от 15 до 30 долларов за килограмм, что делает его немного дешевле, чем второе по распространенности сырье для 3D печати, акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), и вдвое дешевле нейлона. Поставщики с более высокой ценой обычно имеют лучшие погрешности по размерам и выбор менее распространенных цветов.
Измерение диаметра филамента из PLA пластика
| Бренд | |||
| Amazon Basics | Hatchbox | Prusament | |
| Цена | $18,99 | $19,99 | $24,99 |
|---|---|---|---|
| Допустимая погрешность диаметра | ±0,05 мм | ±0,03 мм | ±0,02 мм |
Допустимая погрешность диаметра ±0,05 мм может показаться хорошей, но преимущества более дорогих, но более точных филаментов становятся более очевидными, когда таблица сравнения расширяется, чтобы включить в нее изменения площади поперечного сечения у филаментов с разными ценами.
3D принтеры полагаются на постоянство площади поперечного сечения нити, чтобы точно определить, сколько пластика выдавливается.
При номинальной площади поперечного сечения 2,40 мм 2 для филамента диаметром ровно 1,75 мм, у дешевого филамента изменения площади поперечного сечения могут доходить до 11%.
Это означает, что в любой момент во время печати, если вы используете самую дешевую нить, ваш принтер может выдавливать на 11% слишком много или слишком мало пластика. Это изменение может оказать заметное влияние на качество печати.
| Бренд | |||
| Amazon Basics | Hatchbox | Prusament | |
| Цена | $18,99 | $19,99 | $24,99 |
|---|---|---|---|
| Допустимая погрешность диаметра | ±0,05 мм | ±0,03 мм | ±0,02 мм |
| Процентное изменение диаметра | 2,86% | 1,71% | 1,14% |
| Минимальная площадь сечения | 2,26 мм 2 | 2,32 мм 2 | 2,35 мм 2 |
| Максимальная площадь сечения | 2,54 мм 2 | 2,49 мм 2 | 2,46 мм 2 |
| Процентное изменение площади сечения | 11,7% | 7,1% | 4,6% |
Прочность
Когда речь идет о механической прочности и долговечности деталей, напечатанных из PLA, существует несколько точек зрения в зависимости от типов создаваемых деталей.
С одной стороны, PLA очень плотный, что означает, что он может выдерживать большие нагрузки без деформации. С другой стороны, он хрупкий, поэтому не справляется с ударами.
Детали из PLA при воздействии удара имеют тенденцию к более легкому разрушению по сравнению с другими типами пластика.
Пример поврежденной детали из PLA пластика
Постобработка
Один из самых больших недостатков использования филамента из PLA заключается в том, что это сложный материал для последующей обработки.
Для химической полировки деталей из PLA способов нет, в отличие от его конкурента ABS. Поэтому, если вы хотите удалить на деталях линии печати или сгладить их поверхности, вам придется прибегнуть к шлифованию.
Основной проблемой в этом случае является то, что PLA размягчается при довольно низкой температуре, около 60°C. По мере размягчения детали будут приклеиваться к наждачной бумаге или приобретать уродливый белый цвет.
Пример того, как PLA материалы могут размягчиться при относительно низких температурах
Из-за необходимости сохранять детали холодными и твердыми усложняется использование электроинструмента для шлифования. Вместо этого многие для окончательной обработки детали используют мокрое ручное шлифование.
Примечание. Мокрое шлифование включает в себя шлифование детали под струей воды или в какой-либо емкости с водой.
Мокрое шлифование объекта из PLA пластика
Мокрое шлифование обеспечивает охлаждение детали, одновременно вымывая мусор, образовавшийся в результате шлифования.
Однако, уменьшенное трение мокрого шлифования по сравнению с сухим шлифованием означает, что для получения полностью отполированной детали может понадобиться больше времени.
Простота использования
Хотя печать с использованием нити PLA сложна, а последующая обработка отнимает много времени, этот материал прост в использовании. Даже самые простейшие 3D принтеры могут создавать детали с помощью PLA. PLA имеет низкую температуру печати, около 205°C, поэтому вам не понадобится полностью металлический хотэнд.
PLA также не требует подогреваемой подложки, так как он совсем немного деформируется при охлаждении. Кроме того, PLA почти не пахнет.
Единственная отрицательная характеристика PLA филамента в том, что касается удобства использования, заключается в том, что PLA поглощает влагу из воздуха, что ухудшает его качество. Поэтому при хранении PLA филамента настоятельно рекомендуется запечатывать катушки нити в вакуумную упаковку вместе пакетиками силикогеля.
Настройки принтера
Как упоминалось ранее, PLA по сравнению с другими типами филамента печатается при относительно низкой температуре. Конечно, когда речь заходит о 3D печати, скорее всего, потребуются некоторые эксперименты, чтобы определить оптимальный уровень температуры, который лучше всего подходит для вашего принтера.
В этом смысле 3D принтеры немного похожи на печи, каждая из которых работает по-своему. Например, печать при высокой температуре может привести к появлению пятен, провисаний и потере мелких деталей на объекте печати.
Идеальные температура сопла, температура стола и адгезия стола для PLA материалов
Установка слишком высокой температуры может привести к более высокому нагреву экструдера, увеличивая вероятность засорения.
Во время печати при низкой температуре возможно расслоение слоев объекта печати. Они могут плохо слипаться, и общее качество поверхности объекта может ухудшиться в процессе печати.
Пример разницы качества объектов печати из PLA пластика при трех разных установках температуры
PLA можно без проблем использовать для печати небольших объектов на неподогреваемом столе. Если вы хотите изготавливать более крупные детали, особенно длинные и тонкие, нагретый стол может помочь уменьшить деформацию. При использовании ненагретого стола улучшить адгезию (сцепление) может помочь печать полей (brim) или плота (raft).
Статуэтка совы, изготовленная из PLA на поверхности BuildTalk для улучшения сцепления со столом
Наконец, говоря об адгезии, PLA хорошо прилипает к малярному скотчу. Если скотч заменяется по мере износа его поверхностного слоя, он хорошо служит для адгезии (сцепления) первого слоя с нагретым или ненагретым столом. Также существует множество специализированных продуктов для покрытия стола, которые также хорошо работают с PLA и не требуют постоянной замены.
Основные проекты, которые используют PLA
PLA считается одним из лучших материалов для филамента для использования новичками 3D печати, поскольку это самый простой для печати тип пластика. Также он предъявляет минимальные требования, поэтому его можно использовать с недорогими 3D принтерами.
При использовании PLA получаются хорошо выглядящие предметы потому, что он печатается с приятной глянцевой поверхностью даже без последующей обработки. Как правило, с помощью PLA проще получить высококачественные образцы печати.
Пример хорошо выглядящего образца печати из PLA пластика
Благодаря простоте использования, PLA является естественным выбором для разработки прототипов. Это позволяет разработчикам удобно перебирать различные версии своего продукта.
Прототипы деталей, изготовленные из PLA пластика
PLA особенно полезен в работающих прототипах, если детали не подвергаются большому давлению или ударам. Например, корпуса для электроники, несущие конструкции с низким напряжением или низкоскоростные передачи – всё это хорошо работает, если напечатано с помощью PLA пластика.
Рабочий прототип детали, напечатанный из PLA пластика
PLA-пластик для 3D-печати
ПЛА-пластик производят из кукурузы или сахарного тростника.
Сырьем для получения служат также картофельный и кукурузный крахмал, соевый белок, крупа из клубней маниока, целлюлоза.
На сегодняшний день полилактид активно используется в качестве расходного материала для печати на 3D-принтерах.
Безопасность PLA-пластика
Натуральное природное сырье в составе PLA-пластика позволяет без угрозы для здоровья человека применять его для различных целей.
При изготовлении ПЛА-пластика значительно сокращаются выбросы углекислого газа в атмосферу по сравнению с изготовлением «нефтяных» полимеров. На треть уменьшается использование ископаемых ресурсов, применение растворяющих веществ не требуется вообще.
Как правило, PLA-пластик поставляется в виде тонкой нити, которая намотана на катушку.
Технические характеристики PLA-пластика
| Температура плавления | 173-178°C |
| Температура размягчения | 50°C |
| Твердость (по Роквеллу) | R70-R90 |
| Относительное удлинение при разрыве | 3,8% |
| Прочность на изгиб | 55,3 МПа |
| Прочность на разрыв | 57,8 МПа |
| Модуль упругости при растяжении | 3,3 ГПа |
| Модуль упругости при изгибе | 2,3 ГПа |
| Температура стеклования | 60-65°C |
| Плотность | 1,23-1,25 г/см³ |
| Минимальная толщина стенок | 1 мм |
| Точность печати | ± 0,1% |
| Размер мельчайших деталей | 0,3 мм |
| Усадка при изготовлении изделий | нет |
| Влагопоглощение | 0,5-50% |
Преимущества PLA-пластика при 3D-печати
Работа PLA-пластиком на 3D-принтере ведется посредством технологии моделирования методом послойного наплавления (FDM-Fused Deposition Modeling). Нить расплавляется, после чего доставляется по специальной насадке на поверхность для работы и осаживается. В результате построения модели расплавленным пластиком создается полностью готовый к применению объект. Изделия из PLA-пластика подвергают шлифованию и сверлению, красят акрилом. Однако стоит помнить, что предмет из ПЛА нужно обрабатывать с осторожностью из-за его хрупкости. Еще одним минусом PLA-пластика является его недолговечность: материал служит от нескольких месяцев до нескольких лет.
PLA-пластик является идеальным материалом для 3D-печати прототипов и изделий, которые не предполагается эксплуатировать длительное время. Это могут быть декоративные объекты, изделия для презентаций и предметы, требующие тщательной детализации.