Guía del PLA para impresión 3D

Fuente: 3dnatives.com

El PLA (ácido poliláctico) es uno de los plásticos más utilizados en el sector de la fabricación aditiva. Inventado en 1930 por el químico Wallace Carothers, quien también desarrolló el nailon y el neopreno, este material puede utilizarse en filamentos o pellets para impresoras 3D de escritorio o soluciones industriales. A diferencia de muchas otras opciones de materiales disponibles en el mercado, el PLA se considera un termoplástico más sostenible ya que deriva de fuentes renovables como el almidón de maíz, las raíces de tapioca o la caña de azúcar. Esto lo diferencia de otros materiales industriales compuestos principalmente por petróleo. Gracias a sus orígenes más ecológicos, este material siempre ha estado entre los más utilizados en el sector de la impresión 3D. De hecho, su uso se ha extendido a una amplia variedad de sectores y aplicaciones. En esta guía aprenderemos todo sobre este material: sus características, las condiciones de impresión, algunas de sus aplicaciones, así como los principales fabricantes en el mercado.

Producción y características del PLA

Como se mencionó, el PLA se obtiene de recursos orgánicos y renovables como el almidón de maíz, las raíces de tapioca o la caña de azúcar. De hecho, la producción del polímero es posible gracias a la fermentación de una de estas fuentes de carbohidratos. Más precisamente, el producto natural se tritura para separar el almidón del maíz, mezclándolo con monómeros ácidos o lácticos. Con esta mezcla, el almidón se descompone en dextrosa (D-glucosa) o azúcar de maíz. Finalmente, la fermentación de la glucosa produce ácido L-láctico, el componente base del PLA. El resultado es un material ecológico y renovable que, dependiendo de las condiciones de temperatura y humedad, puede volverse biodegradable.

El PLA se fabrica a partir de materiales sostenibles como el almidón de maíz.

En los últimos años, la sostenibilidad de los filamentos de PLA ha sido puesta en duda. Quizás porque la expresión “biodegradable” empleada a menudo para referirse a este filamento ha generado confusión. De hecho, aunque se crea a partir de materiales renovables que se encuentran en la naturaleza, esto no hace que el material sea necesariamente biodegradable. Este material puede descomponerse, pero solo en condiciones aeróbicas determinadas. Por ejemplo, el PLA se puede degradar rápidamente si se somete a compostaje industrial; de lo contrario, puede tardar hasta 80 años en descomponerse al aire libre, convirtiéndose, como los demás plásticos, en un contaminante.

Una propiedad adicional de este material es que se considera un fluido pseudoplástico no newtoniano. Esto significa que su viscosidad (resistencia al flujo) cambia según el esfuerzo al que se somete. Por tanto, no tiene un valor de viscosidad definido y constante, sino que varía en función de las condiciones de producción. En particular, el PLA es un material que se adelgaza por cizallamiento, lo que significa que la viscosidad disminuye con el esfuerzo aplicado. Para saber más, veamos a continuación las características de uso y su comportamiento cuando se utiliza como material para impresión 3D.

El PLA en la impresión 3D

El PLA es uno de los materiales más utilizados en la impresión 3D FFF, sobre todo por aquellos que se inician en la industria 3D, ya que es muy fácil de imprimir. Generalmente se encuentra en forma de filamento, pero también en pellets o gránulos. Aunque la fuente de alimentación del material y el sistema de fusión cambian según el formato de PLA (a través de un extrusor para los filamentos o un depósito para los pellets), las características del material y de las piezas finales no varían de un tipo a otro. Sin embargo, en este artículo nos centraremos más en el PLA en forma de filamento, ya que es la forma más común en la que se suele encontrar este termoplástico.

El PLA es uno de los termoplásticos más utilizados en la impresión 3D (foto: BMI Lab)

Este material es un polímero semicristalino con una temperatura de fusión entre 170-180 °C, inferior a la de los filamentos de ABS, que empiezan a fundir entre 200 y 260 °C. Esto significa que cuando se imprime con PLA, no es necesario calentar la base de impresión ni contar con una cámara de impresión cerrada. Al mismo tiempo, el filamento ofrece un buen rendimiento, combinando una alta velocidad de impresión con bordes bastante definidos, siempre que el material se enfríe adecuadamente. Además, las piezas obtenidas tienden a tener una deformación muy baja. El único inconveniente es que el filamento de PLA tiene una viscosidad más alta que otros termoplásticos estándar que, si no se tiene cuidado, puede provocar la obstrucción del cabezal de impresión. Además, los filamentos tienen una vida útil de al menos 1 año si se almacenan a una temperatura entre 15 y 25 °C. Si comparamos el PLA con el ABS, otro de los termoplásticos más utilizados en la impresión 3D FDM, observamos que, en general, el primero no tiene la misma resistencia y flexibilidad que el segundo, pero también es menos propenso a deformaciones. No obstante, siempre es recomendable utilizar el PLA en piezas que no presenten una alta complejidad mecánica, ya que su procesamiento es mucho más sencillo.

En términos de post-procesamiento, el PLA generalmente no requiere etapas complejas. Al retirar las piezas, se pueden encontrar problemas de adherencia de la primera capa de impresión. Por tanto, se recomienda utilizar adhesivos especiales en la base de impresión para facilitar la extracción de las piezas. Para mejorar la superficie de las piezas, el usuario puede lijarlas y tratarlas con acetona, si es necesario. Los soportes, si se utilizan, pueden retirarse fácilmente con unas pinzas o disolverse si se han empleado estructuras de soporte solubles.

Aplicaciones

Como ya se ha mencionado, el PLA es un plástico relativamente asequible y fácil de usar en la impresión 3D, sobre todo entre los creadores o "makers". Pero esto no significa que solo tenga ventajas. Sus propiedades se traducen en piezas impresas frágiles, poco resistentes y sensibles a la luz solar y a las altas temperaturas. Por este motivo, lo utilizan sobre todo principiantes, especialmente para crear elementos decorativos, gadgets y juguetes.

Sin embargo, el PLA no se limita al mundo de los makers. Muchas industrias también utilizan este termoplástico, por ejemplo para la creación de prototipos. Esto permite a las empresas ahorrar mucho dinero, en lugar de pasar por el proceso de creación de moldes. Además, aunque no sea la primera opción a la que se recurre, sectores como el automotriz también pueden beneficiarse del filamento PLA. En este caso, puede ser útil para crear accesorios para coches o incluso algunos elementos del salpicadero.

El PLA es popular entre los makers y para la creación rápida de prototipos (créditos fotográficos: Markforged)

No obstante, es importante señalar que el PLA tiene una baja temperatura de transición vítrea (temperatura por debajo de la cual un material amorfo se comporta como un sólido vítreo), lo que lo hace inadecuado para aplicaciones donde se requiere una mayor resistencia a las temperaturas. Además, en cuanto a industrias como la alimentaria, no es aconsejable, por ejemplo, utilizar este termoplástico para crear tazas que contengan líquidos calientes. Sin embargo, es seguro para el contacto con los alimentos, razón por la cual es ampliamente utilizado en envases.

Fabricantes y precio del PLA para la impresión 3D

Al ser uno de los materiales más populares en el ámbito de la impresión 3D, hoy en día casi todos los fabricantes de materiales ofrecen filamentos o pellets de PLA en su gama de productos. Entre ellos Polymaker, Recreus, Smart Materials o BASF a través de su marca Forward AM. También cabe destacar que los fabricantes de impresoras 3D FDM a menudo ofrecen sus propios filamentos. Hay muchos fabricantes de PLA, como UltiMaker, Stratasys, Prusa o Zortrax, entre otros.

En cuanto al precio del filamento PLA, actualmente puede variar según los colores y las características buscadas. Los filamentos híbridos, como el filamento de madera o los filamentos reforzados con fibras, aumentan considerablemente el precio. Sin embargo, el precio de un filamento estándar generalmente oscila entre 20 y 70 euros por kilogramo. Finalmente, como ya se mencionó, también existen impresoras 3D que pueden imprimir con pellets, una forma de material más económica que el filamento, sobre todo porque no se procesa.