Leitfaden zu PLA für den 3D-Druck

Die PLA ( Polymilchsäure ) ist eine davon Kunststoffmaterialien am häufigsten im Bereich der additiven Fertigung eingesetzt. Dieses Material wurde 1930 vom Chemiker Wallace Carothers, ebenfalls Entwickler von Nylon und Neopren, erfunden und kann in Filamenten oder Pellets für Desktop-3D-Drucker oder industrielle Lösungen verwendet werden. Im Gegensatz zu vielen anderen auf dem Markt erhältlichen Materialoptionen gilt PLA als Thermoplast nachhaltiger da es aus erneuerbaren Quellen wie Maisstärke, Tapiokawurzeln oder Zuckerrohr stammt. Dies unterscheidet es von anderen Industriematerialien, die hauptsächlich aus Erdöl bestehen. Aufgrund seines eher ökologischen Ursprungs gehört dieses Material seit jeher zu den am häufigsten verwendeten im 3D-Druck-Bereich. Seine Verwendung hat sich tatsächlich auf eine Vielzahl von Sektoren und Anwendungen ausgeweitet. In diesem Leitfaden erfahren wir alles über dieses Material: seine Eigenschaften, Druckbedingungen, einige seiner Anwendungen sowie die wichtigsten Hersteller auf dem Markt.

Herstellung und Eigenschaften von PLA

Wie bereits erwähnt, die PLA es wird aus organischen und nachwachsenden Rohstoffen gewonnen wie Maisstärke, Tapiokawurzeln oder Zuckerrohr. Tatsächlich ist die Herstellung des Polymers dank der Fermentation einer dieser Kohlenhydratquellen möglich. Genauer gesagt wird das Naturprodukt gemahlen, um die Stärke vom Mais zu trennen und sie mit Säure oder Milchmonomeren zu vermischen. Mit dieser Mischung wird die Stärke in Dextrose (D-Glucose) oder Maiszucker gespalten. Schließlich entsteht durch die Glukosefermentation L-Milchsäure, der Grundbestandteil von PLA. Das Ergebnis ist ein ökologisches und erneuerbares Material, das je nach Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen biologisch abbaubar werden kann.

In den letzten Jahren, die Nachhaltigkeit von PLA-Filamenten Es wurde jedoch in Frage gestellt. Vielleicht, weil der für dieses Filament oft verwendete Ausdruck „biologisch abbaubar“ zu Verwirrung geführt hat. Obwohl es aus erneuerbaren, in der Natur vorkommenden Materialien hergestellt wird, bedeutet dies nicht unbedingt, dass das Material biologisch abbaubar ist. Dieses Material es kann sich zersetzen, allerdings nur unter bestimmten aeroben Bedingungen . Beispielsweise kann sich PLA bei der industriellen Kompostierung schnell zersetzen. andernfalls kann es bis zu 80 Jahre dauern, bis es sich an der Luft zersetzt und somit, wie andere Kunststoffe auch, umweltschädlich wird.

Eine weitere Eigenschaft dieses Materials besteht darin, dass es als nicht-newtonsche pseudoplastische Flüssigkeit gilt. Das bedeutet, dass sich seine Viskosität (Fließwiderstand) je nach Belastung ändert. Daher weist es keinen definierten und konstanten Viskositätswert auf, sondern variiert je nach Produktionsbedingungen. Insbesondere ist PLA ein dünnflüssiges Material, was bedeutet, dass die Viskosität mit zunehmender Belastung abnimmt. Um mehr zu erfahren, schauen wir uns unten die Gebrauchseigenschaften und sein Verhalten bei der Verwendung als Material für den 3D-Druck an.

PLA im 3D-Druck

PLA ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien im FFF-3D-Druck, insbesondere von Einsteigern in die 3D-Branche, da es sehr einfach zu drucken ist. Es kommt im Allgemeinen in Form von Fäden vor, aber auch in Pellets oder Granulatform. Obwohl sich die Materialzufuhrquelle und das Schmelzsystem je nach PLA-Format ändern (durch einen Extruder für Filamente oder einen Tank für Pellets), unterscheiden sich die Eigenschaften des Materials und der Endteile nicht von einem Typ zum anderen. In diesem Artikel konzentrieren wir uns jedoch mehr auf PLA in Filamentform, da dies die häufigste Form ist, in der dieser Thermoplast normalerweise vorkommt.

Dieses Material ist ein teilkristallines Polymer mit a Schmelztemperatur zwischen 170 und 180 °C , niedriger als die von ABS-Filamenten, die zwischen 200 und 260 °C zu schmelzen beginnen. Dies bedeutet, dass beim Drucken mit PLA keine Erwärmung des Druckbetts oder eine geschlossene Druckkammer erforderlich ist. Gleichzeitig bietet das Filament eine gute Leistung und kombiniert eine hohe Druckgeschwindigkeit mit recht scharfen Kanten, sofern das Material ausreichend gekühlt wird. Darüber hinaus weisen die erhaltenen Stücke tendenziell eine sehr geringe Verformbarkeit auf. Der einzige Nachteil besteht darin, dass PLA-Filament eine höhere Viskosität als andere Standard-Thermoplaste aufweist, was bei Unachtsamkeit zum Verstopfen des Druckkopfes führen kann. Darüber hinaus sind die Filamente bei Lagerung bei 15 bis 25 °C mindestens 1 Jahr haltbar. Wenn wir PLA mit ABS vergleichen, einem weiteren der am häufigsten verwendeten Thermoplaste im FDM-3D-Druck, stellen wir fest, dass ersteres im Allgemeinen nicht die gleiche Widerstandsfähigkeit und Flexibilität wie letzteres aufweist, aber auch weniger anfällig für Verformungen ist. Allerdings ist es immer ratsam, bei Teilen, die keinen hohen mechanischen Aufwand aufweisen, PLA zu verwenden, da die Verarbeitung wesentlich einfacher ist.

Bezüglich Nachbearbeitung erfordert PLA im Allgemeinen keine komplexen Schritte. Beim Entfernen der Teile kann es zu Problemen mit der Haftung der ersten Druckschicht kommen. Es empfiehlt sich daher, spezielle Kleber auf dem Druckbett zu verwenden, um das Entfernen der Teile zu erleichtern. Um die Oberfläche der Teile zu verbessern, kann der Anwender diese schleifen und bei Bedarf mit Aceton behandeln. Die Halterungen können, sofern verwendet, einfach mit einer Pinzette entfernt bzw. gelöst werden, wenn sie bereits verwendet wurden lösliche Stützstrukturen.

Anwendungen

Wie bereits erwähnt, ist PLA ein relativ zugänglicher und einfach zu verwendender Kunststoff im 3D-Druck, insbesondere unter Herstellern. Das heißt aber nicht, dass es nur Vorteile hat. Aufgrund seiner Eigenschaften sind die gedruckten Teile zerbrechlich, wenig widerstandsfähig und empfindlich gegenüber Sonnenlicht und hohen Temperaturen. Aus diesem Grund wird es hauptsächlich von Anfängern verwendet, insbesondere zur Herstellung von Dekorationselementen, Gadgets und Spielzeug.

Allerdings ist PLA nicht auf die Maker-Welt beschränkt. Auch viele Branchen nutzen diesen Thermoplast, beispielsweise für den Prototypenbau. Dadurch können Unternehmen viel Geld sparen, anstatt den Formenbauprozess durchlaufen zu müssen. Darüber hinaus ist dies nicht die erste Option, die Sie in Anspruch nehmen, selbst in solchen Sektoren Automobil kann von PLA-Filament profitieren. In diesem Fall kann es für die Erstellung von Autozubehör oder sogar einigen Armaturenbrettelementen nützlich sein.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass PLA eine niedrige Glasübergangstemperatur hat (Temperatur, unterhalb derer sich ein amorphes Material wie ein glasartiger Feststoff verhält), was es für Anwendungen ungeeignet macht, bei denen eine höhere Temperaturbeständigkeit erforderlich ist. Darüber hinaus ist es für Branchen wie die Lebensmittelindustrie beispielsweise nicht ratsam, diesen Thermoplast zur Herstellung von Bechern mit heißen Flüssigkeiten zu verwenden. Der Kontakt mit Lebensmitteln ist jedoch unbedenklich, weshalb es häufig in Verpackungen verwendet wird.

Hersteller und Preis von PLA für den 3D-Druck

Als eines der beliebtesten Materialien im 3D-Druck bieten heute fast alle Materialhersteller PLA-Filamente oder -Pellets in ihrem Sortiment an. Dazu gehören Polymaker, Recreus, Smart Materials oder BASF mit ihrer Marke Forward AM. Erwähnenswert ist auch, dass Hersteller von FDM-3D-Druckern oft ihre eigenen Filamente anbieten. Es gibt viele Hersteller von PLA, unter anderem UltiMaker, Stratasys, Prusa oder Zortrax.

Der Preis für PLA-Filament kann derzeit je nach den gewünschten Farben und Eigenschaften variieren. Hybridfilamente, wie zum Beispiel Holzfilamente oder faserverstärkte Filamente, erhöhen den Preis deutlich. Allerdings liegt der Preis für ein Standardfilament in der Regel zwischen 20 und 70 Euro pro Kilogramm. Schließlich gibt es, wie bereits erwähnt, auch 3D-Drucker, die mit Pellets drucken können, einer bequemeren Materialform als Filament, zumal es nicht verarbeitet wird.