Guide till PLA för 3D-utskrift

Källa: 3dnatives.com

ll PLA (polylaktid) är en av de mest använda plastsorterna inom additiv tillverkning. Materialet uppfanns 1930 av kemisten Wallace Carothers, som även utvecklade nylon och neopren, och kan användas i form av filament eller pellets för stationära 3D-skrivare eller industriella lösningar. Till skillnad från många andra materialalternativ på marknaden anses PLA vara en mer hållbar termoplast eftersom det härrör från förnybara källor som majsstärkelse, tapiokarötter eller sockerrör. Detta skiljer det från andra industriella material som främst består av petroleum. Tack vare sitt mer miljövänliga ursprung har materialet alltid varit ett av de mest använda inom 3D-utskriftssektorn. Dess användning har i själva verket spridit sig till en mängd olika sektorer och tillämpningar. I den här guiden lär vi oss allt om materialet: dess egenskaper, utskriftsförhållanden, några av dess tillämpningar samt de viktigaste tillverkarna på marknaden.

Produktion och egenskaper hos PLA

Som nämnts utvinns PLA från organiska och förnybara resurser som majsstärkelse, tapiokarötter eller sockerrör. Polymerproduktionen är nämligen möjlig tack vare fermentering av en av dessa kolhydratkällor. Mer exakt mals naturprodukten för att separera stärkelsen från majsen och blandas sedan med sura eller mjölksyremonomerer. Med denna blandning bryts stärkelsen ner till dextros (D-glukos) eller majssocker. Slutligen producerar fermenteringen av glukos L-mjölksyra, basbeståndsdelen i PLA. Resultatet är ett miljövänligt och förnybart material som, beroende på temperatur- och luftfuktighetsförhållanden, kan bli biologiskt nedbrytbart.

PLA produceras från hållbara material som majsstärkelse.

Under de senaste åren har hållbarheten hos PLA-filament dock ifrågasatts. Kanske för att uttrycket "biologiskt nedbrytbart" som ofta används för att beskriva detta filament har lett till förvirring. Även om det skapas av förnybara material som finns i naturen, gör det inte nödvändigtvis materialet biologiskt nedbrytbart. Detta material kan brytas ner, men endast under vissa aeroba förhållanden. Till exempel kan PLA brytas ner snabbt vid industriell kompostering; annars kan det ta upp till 80 år att brytas ner i det fria, vilket gör det till en förorening precis som annan plast.

En ytterligare egenskap hos detta material är att det anses vara en icke-newtonsk pseudoplastisk vätska. Det innebär att dess viskositet (motstånd mot flöde) förändras beroende på den belastning det utsätts för. Därför har det inget definierat och konstant viskositetsvärde, utan det varierar beroende på produktionsförhållandena. Särskilt utmärkande för PLA är att det är ett skjuvningsförtunnande material, vilket innebär att viskositeten minskar vid applicerad stress. För att lära oss mer ska vi nedan titta på användningsegenskaperna och hur det beter sig när det används som material för 3D-utskrifter.

PLA i 3D-utskrifter

PLA är ett av de mest använda materialen inom FFF-3D-utskrifter, särskilt av dem som är nybörjare inom 3D-branschen, eftersom det är mycket enkelt att skriva ut med. Det förekommer vanligtvis i form av filament, men även som pellets eller granulat. Även om matningskällan för materialet och smältsystemet ändras beroende på PLA-formatet (via en extruder för filament eller en tank för pellets), varierar egenskaperna hos materialet och de slutgiltiga delarna inte från en typ till en annan. I den här artikeln kommer vi dock att fokusera mer på PLA i filamentform, eftersom det är den vanligaste formen som denna termoplast brukar förekomma i.

PLA är en av de mest använda termoplasterna inom 3D-utskrift (foto: BMI Lab)

Detta material är en semikristallin polymer med en smälttemperatur mellan 170-180°C, lägre än för ABS-filament som börjar smälta mellan 200 och 260°C. Det innebär att när man skriver ut med PLA behöver man inte värma upp utskriftsplattan eller ha en sluten utskriftskammare. Samtidigt erbjuder filamentet god prestanda och kombinerar hög utskriftshastighet med ganska skarpa kanter, förutsatt att materialet kyls ned ordentligt. Dessutom tenderar de erhållna delarna att ha en mycket låg deformerbarhet. Den enda nackdelen är att PLA-filament har en högre viskositet än andra standardtermoplaster vilket, om man inte är försiktig, kan leda till att skrivarhuvudet täpps till. Dessutom har filamenten en hållbarhet på minst 1 år om de förvaras vid en temperatur mellan 15 och 25°C. Om vi jämför PLA med ABS, en annan av de mest använda termoplasterna inom FDM-3D-utskrift, ser vi att det förra generellt sett inte har samma styrka och flexibilitet som det senare, men det är också mindre benäget att deformeras. Det är dock alltid tillrådligt att använda PLA för delar som inte uppvisar hög mekanisk komplexitet, eftersom bearbetningen är mycket enklare.

När det gäller efterbearbetning kräver PLA generellt inga komplexa steg. När man tar bort delarna kan man stöta på problem med vidhäftningen av det första utskriftslagret. Det rekommenderas därför att använda speciella lim på utskriftsplattan för att underlätta borttagningen av delarna. För att förbättra delarnas yta kan användaren slipa dem och behandla dem med aceton vid behov. Stödstrukturer, om de används, kan enkelt tas bort med en pincett eller lösas upp om lösliga stödstrukturer har använts.

Tillämpningar

Som tidigare nämnts är PLA en relativt lättillgänglig och användarvänlig plast för 3D-utskrifter, särskilt bland hobbyanvändare. Men det betyder inte att den bara har fördelar. Dess egenskaper innebär att utskrivna delar blir spröda, har låg hållfasthet och är känsliga för solljus och höga temperaturer. Av denna anledning används det främst av nybörjare, särskilt för att skapa dekorativa element, prylar och leksaker.

PLA är dock inte begränsat till hobbyvärlden. Många industrier använder också denna termoplast, till exempel för prototyptillverkning. Detta gör att företag sparar mycket pengar jämfört med att gå igenom processen med att skapa formar. Dessutom, även om det inte är det första alternativet man vänder sig till, kan även sektorer som fordonsindustrin dra nytta av PLA-filament. I detta fall kan det vara användbart för att skapa biltillbehör eller till och med vissa instrumentpaneldetaljer.

PLA är populärt bland hobbyanvändare och för snabb prototypframtagning (fotokrediter: Markforged)

Det är dock viktigt att notera att PLA har en låg glastemperatur (temperaturen under vilken ett amorft material beter sig som en glasartad fast substans), vilket gör det olämpligt för tillämpningar där högre temperaturbeständighet krävs. För industrier som livsmedelsindustrin rekommenderas det inte heller att använda denna termoplast för att skapa till exempel muggar som innehåller heta vätskor. Det är dock säkert för kontakt med livsmedel, varför det används flitigt i förpackningar.

Tillverkare och pris på PLA för 3D-utskrift

Eftersom det är ett av de mest populära materialen inom 3D-utskrift erbjuder idag nästan alla materialtillverkare PLA-filament eller pellets i sitt produktsortiment. Bland dessa finns Polymaker, Recreus, Smart Materials eller BASF via sitt varumärke Forward AM. Det är också värt att notera att tillverkare av FDM-3D-skrivare ofta erbjuder sina egna filament. Det finns många PLA-tillverkare, såsom UltiMaker, Stratasys, Prusa eller Zortrax, bland andra.

När det gäller priset på PLA-filament kan det idag variera beroende på färg och efterfrågade egenskaper. Hybridfilament, som träfilament eller fiberförstärkta filament, ökar priset avsevärt. Priset för ett standardfilament ligger dock generellt mellan 20 och 70 euro per kilogram. Slutligen, som nämnts tidigare, finns det även 3D-skrivare som kan skriva ut med pellets, en form av material som är mer prisvärd än filament, främst för att det inte är bearbetat.