Можете ли да разтопите PLA и да го използвате повторно?

Отпадъците от PLA се натрупват бързо, когато печатате интензивно 3D - като например неуспешни разпечатки, подложки и краища на неизползвани филаменти. Можете ли просто да разтопите този материал и да го използвате повторно? Въпреки че PLA теоретично може да се разтопи, практическите ограничения влияят върху качеството и използваемостта. Този блог обяснява природата на PLA, начините за повторното му използване, проблемите, с които ще се сблъскате, и съображенията за ежедневна употреба на вашите проекти.

Състав на PLA: Как свойствата му влияят на повторната употреба

Присъщите свойства на PLA са от основно значение за предизвикателствата пред повторното му използване. Нека разгледаме ключовите характеристики на материала, които правят топенето и реформирането на PLA сложно.

PLA е термопластик

PLA е термопластичен материалТози вид пластмаса става мека и податлива на формоване при нагряване и се втвърдява при охлаждане – цикъл, който може да се повтори. Тази характеристика е причината рециклирането на PLA да изглежда осъществимо. Две критични температури за PLA са:

• Температура на встъкляване (Tg_г ): Това е около 60-65°C. При тази температура PLA се променя от твърдо и крехко до по-меко, по-гумено състояние. Все още не е разтопен, но е много по-гъвкав.
• Температура на топене (T_м ): Това обикновено е между 150-180°C. Точната температура може да се променя в зависимост от конкретната формула на PLA, цветовете или други добавки, използвани от производителя, и дали е била нагрявана преди това. Когато PLA достигне тази температура, тя се превръща в гъста течност, която може да се оформи или да се изтласка през дюза, както в... 3D принтер.

Ключов проблем: Термично разграждане

Термичното разграждане е основната пречка пред повторната употреба на PLA. Всеки път, когато PLA се разтопи, дългите ѝ химически вериги – източникът на нейната здравина – могат да започнат да се разпадат. Топлината, кислородът и влагата ускоряват този процес. Това разграждане води до няколко нежелани ефекта върху материала:

• По-слаб материал: PLA губи здравина и става по-крехка. Рециклираната PLA обикновено се чупи по-лесно от чистата PLA.
• Променен поток: Деградацията променя вискозитета (дебелината) на стопилката PLA. Това може да попречи на равномерното екструдиране през дюза, което да повлияе на равномерността на новите нишки или на запълването на матрицата.
• Промени в цвета: Повторното нагряване на PLA, особено ако е прегрял или замърсен, често води до потъмняване или пожълтяване. Прозрачният PLA може да стане мътен, а цветният PLA може да придобие матов, размазан оттенък.
• Повишени изпарения: Разградената PLA може да отделя повече летливи органични съединения (ЛОС). Тези изпарения могат да бъдат неприятни и потенциално дразнещи.

PLA абсорбира влага: Защо това е проблем

PLA е хигроскопична, което означава, че лесно абсорбира влагата от въздуха. Това представлява сериозен проблем за топенето. Когато влажната PLA се нагрява, водата се превръща в пара. Важно е да се отбележи, че при температури на топене тази вода може да реагира с PLA чрез хидролиза. Тази химическа реакция допълнително скъсява полимерните вериги на PLA, намалявайки нейната здравина. Тя може също да причини мехурчета и кухини в претопената пластмаса, което води до лошо качество на печат или слаби места в произведените изделия.

Можете ли да разтопите PLA и да го използвате повторно?

Технически, да, може да се разтопи и използва повторно. На практика обаче рециклирането на скрап в нещо от висококачествени нови нишки или полезни продукти е съпроводено с проблеми, които влияят върху качеството на крайния продукт и общата му приложимост. Има няколко метода за това, вариращи от прости до такива, базирани на оборудване. Всеки един от тях има специфични приложения, предимства и значителни недостатъци.

Вариант 1: Преоформяне на PLA отпадъци с директно нагряване и прости форми

Този лесен метод за повторно използване на PLA изисква минимално специализирано оборудване.

Процес: Отпадъците от PLA се нагряват с тостер (не се препоръчва за употреба с храна поради риск от замърсяване), пистолет за горещ въздух или котлон, докато омекнат. Термоустойчивите ръкавици са задължителни. Омекотеният PLA може да се оформи на ръка, да се пресова в прости форми (e.g., силиконови форми за печене) или уплътнени в по-плътни блокове.

Приложения: Използва се предимно за малки декоративни елементи, основни форми за занаяти или за уплътняване на PLA отпадъци.

Предимства: Ниска цена и проста процедура.

Недостатъци: Трудният контрол на температурата може лесно да доведе до прегряване или изгаряне на PLA, което води до значително отделяне на изпарения и неравномерни резултати. Добрата вентилация е от решаващо значение поради изпаренията. Неподходящ за създаване на нови... 3D печатащ филамент.

Вариант 2: Екструдиране на нов филамент от почистени и нарязани PLA отпадъци

Този подход има за цел да преобразува PLA отпадъците директно обратно в използваеми филаменти за 3D печат.

Процес: Този многоетапен процес включва:

• Внимателно почистване на отпадъци, за да се отстранят прах и масла.
• Раздробяване или смилане на отпадъци на малки, равномерни парчета.
• Обилно сушене на парчетата (често с часове в сушилня с нишки или контролирана фурна).
• Подаване на изсушен PLA в настолен екструдер за филаменти, който го разтопява, смесва и екструдира като нов филамент върху макара.

Основна цел/приложение: За производство на нов, използваем филамент за 3D принтер от остатъци от PLA.

Предимства: Привлекателността се крие в система със „затворен цикъл“, която преобразува отпадъците обратно в използваем материал, потенциално намалявайки разходите за отпадъци и филаменти с течение на времето.

Недостатъци: Значителните предизвикателства включват:

• Високи първоначални разходи за шредер и екструдер за филаменти.
• Отнемащ време и трудоемък процес (почистване, раздробяване, сушене, екструдиране).
• Трудност при постигане на постоянен диаметър и закръгленост на нишката, от решаващо значение за качеството на печат, често водеща до засядане на принтера или лоши отпечатъци.
• Неизбежно термично разграждане, водещо до по-слаба нишка.
• Висок риск от замърсяване (мръсотия, други пластмаси) и размазани цветове (обикновено мътнокафяво/сиво при смесване).

Вариант 3: Създаване на малки твърди обекти чрез шприцване на PLA за настолни компютри

Обработеният PLA може да се използва и в малки настолни машини за шприцване.

Процес: Нарязаната, добре изсушена PLA се подава в малка машина за шприцване, която нагрява и инжектира разтопената пластмаса във форма под налягане.

Приложения: Подходящ за производство на множество копия на малки, плътни части (e.g., скоби, копчета, корпуси), където максималната якост не е от решаващо значение.

Предимства: Може да произвежда сравнително еднакви части с добри форми и правилни настройки.

Недостатъци: Настолните машини за шприцване са скъпи, както и създаването на качествени форми, което също изисква умения. Сложността на формата често е по-ограничена в сравнение с 3D печата.

Рециклиране на PLA отпадъци в индустриален мащаб

Въпреки биологичния си произход, мащабното, специализирано рециклиране на PLA от 3D разпечатки е рядкост. Въпреки че някои видове PLA са сертифицирани за промишлено компостиране, това изисква достъп до специализирани съоръжения и не всички PLA отговарят на условията. Стандартните центрове за рециклиране обикновено намират събирането, сортирането и почистването на смесени, често замърсени, PLA 3D разпечатки за твърде сложно и скъпо, за да бъде осъществимо.

Основни предизвикателства при повторното използване на PLA

Топенето и повторното използване на PLA обикновено представлява значителни и често разочароващи проблеми. Тези проблеми почти винаги компрометират качеството на крайния продукт.

1.Намалена якост и повишена крехкост (термично разграждане)

Както бе отбелязано по-рано, термичното разграждане е основна пречка. Всеки цикъл на топене отслабва вътрешната структура на PLA. Следователно, повторно използваният PLA почти винаги е по-крехък и по-малко здрав от девствения материал, което го прави неподходящ за издръжливи части, независимо от грижите, положени в домашни условия.

2. Висок риск от замърсяване (мръсотия, цветове, други пластмаси)

Рециклираната PLA е силно податлива на различни форми на замърсяване:

• Мръсотия и масла: Прах, замърсявания от работа или кожни мазнини могат да се смесят с разтопения PLA, причинявайки несъвършенства, запушвания на дюзите или слаби места в крайния продукт.
• Смесени цветове: Комбинирането на различни PLA цветове обикновено води до кален, непредсказуем оттенък (e.g., кафяво, тъмносиво). Постигането на ярки, чисти цветове от смесени отпадъци е почти невъзможно.
• Кръстосано замърсяване с пластмаса: Случайно смесване с други пластмаси (e.g., ABS, ПЕТГ) причинява сериозни проблеми поради различни температури на топене и несъвместимост. Резултатите включват бучки, лошо свързване, прекомерни изпарения и потенциални повреди на оборудването.

3. Непредсказуемо качество и производителност на рециклирания материал

Комбинацията от разграждане на материалите и замърсяване води до силно непоследователен рециклиран PLA.

• Недостатъци на рециклираните нишки: Рециклирано PLA филамент често показва непостоянен диаметър, некръгла форма, прекомерна крехкост или лошо течение на стопилката. Тези недостатъци директно причиняват проблеми с печата, като засядане на дюзите, недостатъчно или прекомерно екструдиране и лошо сцепление на слоевете.
• Повишени грешки при печат: Ненадеждността, присъща на рециклирания PLA, често води до по-висок процент неуспешни разпечатки. Това може да обезсмисли всякакви потенциални икономии на материали и да доведе до увеличено разочарование и разхищение.

4. Повишени емисии на изпарения и свързани с тях рискове за безопасността

Всяко нагряване на PLA отделя някои летливи органични съединения (ЛОС). Многократното нагряване на разграден или замърсен PLA може да влоши количеството и вида на отделяните изпарения.

• Недостатъци на вентилацията: Недостатъчната вентилация по време на топене позволява на ЛОС да се концентрират, което представлява потенциален риск за здравето при вдишване.
• Опасности от експозиция: Продължителното или редовно излагане на тези повишени нива на изпарения, особено без подходяща дихателна защита, може да доведе до дразнене или други здравословни проблеми.

5. Значителна инвестиция: време, усилия и финансови разходи

Необходимото време, усилия и финансови разходи за рециклиране на PLA често надвишават ползите за повечето любители.

• Значителен ангажимент във времето: Целият многоетапен процес – почистване, сортиране, нарязване, сушене и след това внимателно екструдиране или формоване – е изключително времеемък.
• Инвестиции в оборудване: Качествените шредери, надеждните екструдери за филаменти и подходящите сушилни за филаменти представляват значителен разход, често надвишаващ цената на много ролки с нов, висококачествен PLA. Като се вземе предвид по-ниското качество и по-високата вероятност за неуспешни отпечатъци, свързани с рециклирания PLA, реалните икономии на разходи често са минимални или никакви.

6. Задължително и отнемащо време сушене на PLA

Хигроскопичният характер на PLA означава, че той лесно абсорбира влага, което налага цялостно и внимателно изсушаване преди какъвто и да е опит за разтопяването му. Сушенето въвежда още един дълъг етап от процеса на повторна употреба. PLA парчетата обикновено изискват няколко часа сушене при контролирана ниска температура (около 40−50℃).Неправилното изсушаване на PLA води до значителни проблеми по време на топенето, като мехурчета и пара, и ускорява разграждането на материала, което силно влияе на качеството на повторно използвания материал.

Алтернативи на топенето на PLA отпадъци

Вместо да преминавате през трудния процес на опит за претопяване на PLA, често има по-практични и креативни неща, които можете да направите с вашите PLA остатъци и неуспешни разпечатки.

Творческо преработване:

Неуспешните отпечатъци, плотове и подпори могат да се използват в арт проекти, като мозайки, или като части от скулптури. Малките парчета могат да се използват като интересен пълнител в отливки от смола или за създаване на уникални текстури в други занаяти.

Свързване на PLA части:

Можете да използвате 3D печатаща писалка с PLA филамент, за да „заварявате“ PLA парчета заедно, да поправяте пукнатини в отпечатъци или да комбинирате по-малки части в по-големи. Някои лепила за пластмаси, като супер лепило (цианоакрилат), използвано с пластмасов грунд, или специални пластмасови епоксидни смоли, също могат да работят добре за залепване на PLA части заедно.

Специализирани услуги за рециклиране (ако са налични):

Това не е често срещано, но някои обществени работилници, мейкърспейсове или някои специализирани компании може да предлагат събиране и рециклиране на PLA отпадъци. Можете да видите какво се предлага във вашия район, но не се колебайте.

Индустриално компостиране (за сертифицирана PLA):

Ако вашият PLA има специалното обозначение като подходящ за промишлено компостиране (отговаря на стандарти като EN 13432 или ASTM D6400) И имате достъп до промишлено или общинско съоръжение за компостиране във вашия район, което ще ги приеме, тогава това е по-добър екологичен начин да се отървете от него. Но повечето PLA не се компостират в обикновен домашен контейнер за компост.

Бъдете разумни относно отпадъците си от PLA!

Въпреки че е възможно да се разтопи PLA, истината е, че това е свързано с големи препятствия. Влошаването на материала, проблемите с качеството и инвестицията на време и оборудване обикновено надделяват над ползите за типичния любител. Вместо да се задълбочавате в трудното рециклиране, направете всичко възможно да намалите отпадъците си, като рационализирате разпечатките си, креативно рециклирате отпадъците си или намерите местни компостиращи пунктове за сертифициран PLA. Изберете работещи решения за вашите възможности, вместо такива, които обещават разочароващи резултати.