Kan du smelte PLA og genbruge det?

PLA-affald ophobes hurtigt, når du 3D-printer intensivt - såsom mislykkede print, støtte og enderne af ubrugte filamenter. Kan du bare smelte dette materiale og genbruge det? Selvom PLA teoretisk set kan smeltes om, påvirker de praktiske begrænsninger kvaliteten og brugervenligheden. Denne blog forklarer PLA's natur, måder at genbruge det på, de problemer, du vil støde på, og overvejelser om daglig brug i dine projekter.

PLA's makeup: Hvordan dets egenskaber påvirker genbrug

PLA's iboende egenskaber er centrale for udfordringerne ved genbrug. Lad os se på de vigtigste materialeegenskaber, der gør smeltning og reformering af PLA kompleks.

PLA er en termoplast

PLA er en termoplastDenne type plast bliver blød og formbar ved opvarmning og hærder ved afkøling – en cyklus, der kan gentages. Denne egenskab er grunden til, at genbrug af PLA synes muligt. To kritiske temperaturer for PLA er:

• Glasovergangstemperatur (T_g ): Dette er omkring 60-65 °C. Ved denne temperatur ændrer PLA sig fra at være hård og sprød til en blødere, mere gummiagtig tilstand. Det er ikke smeltet endnu, men det er meget mere fleksibelt.
• Smeltetemperatur (T_m ): Dette er normalt mellem 150-180°C. Den nøjagtige temperatur kan variere afhængigt af den specifikke PLA-formel, eventuelle farver eller andre tilsætningsstoffer, som producenten bruger, og om det er blevet opvarmet før. Når PLA når denne temperatur, bliver det til en tyk væske, der kan formes eller presses gennem en dyse, f.eks. i en 3D-printer.

Et centralt problem: Termisk nedbrydning

Termisk nedbrydning er den primære hindring for genbrug af PLA. Hver gang PLA smeltes, kan dets lange kemiske kæder – kilden til dets styrke – begynde at gå i stykker. Varme, ilt og fugt fremskynder denne proces. Denne nedbrydning fører til adskillige uønskede virkninger på materialet:

• Svagere materiale: PLA mister styrke og bliver mere sprødt. Genbrugt PLA går typisk lettere i stykker end nyt PLA.
• Ændret flow: Nedbrydning ændrer smelteviskositeten (tykkelsen) af PLA. Dette kan hindre ensartet ekstrudering gennem en dyse, hvilket påvirker jævnheden af ​​nye filamenter eller formfyldning.
• Farveændringer: Genopvarmning af PLA, især hvis det er overophedet eller forurenet, får det ofte til at blive mørkere eller gult. Klar PLA kan blive uklar, og farvet PLA kan få en mat, uklar nuance.
• Øget dampe: Nedbrudt PLA kan frigive flere flygtige organiske forbindelser (VOC'er). Disse dampe kan være ubehagelige og potentielt irriterende.

PLA absorberer fugt: Hvorfor dette er et problem

PLA er hygroskopisk, hvilket betyder, at det let absorberer luftbåren fugt. Dette udgør et betydeligt problem for smeltning. Når fugtig PLA opvarmes, bliver vandet til damp. Det er afgørende, at dette vand ved smeltetemperaturer kan reagere med PLA via hydrolyse. Denne kemiske reaktion forkorter yderligere PLA's polymerkæder, hvilket reducerer dets styrke. Det kan også forårsage bobler og hulrum i den omsmeltede plast, hvilket resulterer i dårlig trykkvalitet eller svage pletter i fremstillede genstande.

Kan man smelte PLA og genbruge det?

Teknisk set, ja, det kan smeltes og genbruges. I praksis er genbrug af skrot til noget nyt filament af høj kvalitet eller nyttige produkter dog plaget af problemer, der påvirker slutproduktets kvalitet og generelle gennemførlighed. Der findes flere metoder til at forsøge dette, lige fra simple til udstyrsbaserede. Hver enkelt har specifikke anvendelser, fordele og betydelige ulemper.

Mulighed 1: Omform PLA-affald med direkte varme og enkle forme

Denne enkle metode til genbrug af PLA kræver minimalt specialudstyr.

Behandle: PLA-affald opvarmes med en brødristerovn (anbefales ikke til fødevarer på grund af risiko for kontaminering), varmepistol eller varmeplade, indtil de er bløde. Varmebestandige handsker er afgørende. Den blødgjorte PLA kan derefter formes i hånden og presses i simple forme (e.g., silikone bageforme) eller komprimeret til tættere blokke.

Anvendelser: Bruges primært til små dekorative genstande, basale forme til kunsthåndværk eller komprimering af PLA-affald.

Fordele: Lav pris og enkel procedure.

Ulemper: Vanskelig temperaturkontrol kan nemt føre til overophedning eller afbrænding af PLA'en, hvilket producerer betydelige dampe og giver ujævne resultater. God ventilation er afgørende på grund af dampe. Uegnet til at skabe nye 3D-printfilament.

Mulighed 2: Ekstrudering af nyt filament fra rensede og strimlede PLA-rester

Denne tilgang har til formål at omdanne PLA-affald direkte tilbage til brugbart 3D-printfilament.

Behandle: Denne flertrinsproces involverer:

• Grundig rengøring af rester for at fjerne støv og olie.
• Rivning eller kværning af rester i små, ensartede stykker.
• Omfattende tørring af stykkerne (ofte i timevis i en filamenttørrer eller kontrolleret ovn).
• Tørret PLA tilføres en desktop-filamentekstruder, som smelter, blander og ekstruderer det som nyt filament på en spole.

Primært mål/anvendelse: At producere nyt, brugbart 3D-printerfilament af PLA-rester.

Fordele: Appellen ligger i et 'lukket kredsløb'-system, der omdanner affald tilbage til brugbart materiale, hvilket potentielt reducerer affald og omkostninger til filamenter over tid.

Ulemper: Væsentlige udfordringer omfatter:

• Høje startomkostninger for en shredder og filamentekstruder.
• Tidskrævende og arbejdskrævende proces (rengøring, makulering, tørring, ekstrudering).
• Vanskeligheder med at opnå ensartet filamentdiameter og rundhed, hvilket er afgørende for udskriftskvaliteten, og som ofte fører til printerstop eller dårlige udskrifter.
• Uundgåelig termisk nedbrydning, hvilket resulterer i svagere filament.
• Høj risiko for kontaminering (snavs, andre plasttyper) og uklare farver (typisk uklar brun/grå ved blanding).

Mulighed 3: Skab små, solide objekter via PLA-sprøjtestøbning på skrivebordet

Forarbejdet PLA kan også bruges i små sprøjtestøbemaskiner til stationære computere.

Behandle: Strimlet, grundigt tørret PLA føres ind i en lille sprøjtestøbemaskine, som opvarmer og sprøjter den smeltede plast ind i en form under tryk.

Anvendelser: Velegnet til fremstilling af flere kopier af små, solide dele (e.g., beslag, knopper, huse) hvor maksimal styrke ikke er kritisk.

Fordele: Kan producere ret ensartede dele med gode forme og korrekte indstillinger.

Ulemper: Desktop-sprøjtestøbemaskiner er dyre, ligesom det er at skabe kvalitetsforme, hvilket også kræver færdigheder. Formkompleksiteten er ofte mere begrænset sammenlignet med 3D-printning.

Genbrug af PLA-affald i industriel skala

Trods sin biobaserede oprindelse er storstilet, dedikeret genbrug af PLA fra 3D-print usædvanligt. Selvom nogle PLA-typer er certificeret til industriel kompostering, kræver dette adgang til specialiserede faciliteter, og ikke alt PLA er certificeret. Standardgenbrugscentre finder generelt indsamling, sortering og rengøring af blandede, ofte forurenede PLA 3D-print for komplekst og dyrt til at være rentabelt.

Store udfordringer ved genbrug af PLA

Smeltning og genbrug af PLA giver typisk betydelige og ofte frustrerende problemer. Disse problemer går næsten altid ud over kvaliteten af ​​det endelige produkt.

1.Reduceret styrke og øget sprødhed (termisk nedbrydning)

Som tidligere nævnt er termisk nedbrydning en primær hindring. Hver smeltecyklus svækker PLA's indre struktur. Derfor er genbrugt PLA næsten altid mere sprødt og mindre stærkt end nyt materiale, hvilket gør det uegnet til holdbare dele, uanset hvor omhyggeligt det er med at opstille det derhjemme.

2. Høj risiko for kontaminering (snavs, farver, andre plastmaterialer)

Genbrugt PLA er meget modtagelig for forskellige former for kontaminering:

• Snavs og olier: Støv, snavs fra håndtering eller hudolier kan blandes med smeltet PLA, hvilket forårsager ufuldkommenheder, tilstoppede dyser eller svage punkter i det færdige produkt.
• Blandede farver: Kombination af forskellige PLA-farver resulterer typisk i en mudret, uforudsigelig farvetone (e.g., brun, mørkegrå). Det er næsten umuligt at opnå lyse, rene farver ud af blandede rester.
• Krydsplastkontaminering: Utilsigtet blanding med andre plasttyper (e.g., ABS, PETG) forårsager alvorlige problemer på grund af forskellige smeltetemperaturer og inkompatibilitet. Resultaterne omfatter klumper, dårlig binding, overdreven dampdannelse og potentiel skade på udstyr.

3. Uforudsigelig kvalitet og ydeevne af genbrugsmateriale

Materialeforringelse og kontaminering kombineres for at producere meget inkonsistent genbrugt PLA.

• Fejl i genbrugsfilament: Genbrugt PLA-filament udviser ofte inkonsistent diameter, manglende cirkulæritet, overdreven sprødhed eller dårlig smeltestrømning. Disse fejl forårsager direkte trykproblemer såsom dyseblokering, under- eller overekstrudering og dårlig lagvedhæftning.
• Øgede udskriftsfejl: Den upålidelige karakter af genbrugt PLA fører ofte til en højere andel af mislykkede print. Dette kan ophæve potentielle materialebesparelser og føre til øget frustration og spild.

4. Øgede røgudledninger og tilhørende sikkerhedsrisici

Al PLA-opvarmning frigiver nogle flygtige organiske forbindelser (VOC'er). Genopvarmning af nedbrudt eller forurenet PLA gentagne gange kan forværre mængden og typen af ​​​​udledte dampe.

• Ventilationsmangler: Utilstrækkelig ventilation under smeltning gør det muligt for flygtige organiske forbindelser at koncentrere sig, hvilket udgør en potentiel sundhedsrisiko ved indånding.
• Eksponeringsfarer: Langvarig eller regelmæssig eksponering for disse forhøjede røgniveauer, især uden passende åndedrætsværn, kan føre til irritation eller andre helbredsproblemer.

5. Betydelig investering: Tid, indsats og økonomiske omkostninger

Den nødvendige tid, indsats og økonomiske udgift til PLA-genbrug opvejer ofte fordelene for de fleste hobbyister.

• Væsentlig tidsforpligtelse: Hele processen i flere trin – rengøring, sortering, makulering, tørring og derefter omhyggelig ekstrudering eller støbning – er ekstremt tidskrævende.
• Investering i udstyr: Kvalitetsmakulatorer, pålidelige filamentekstrudere og ordentlige filamenttørrere repræsenterer en betydelig udgift, der ofte overstiger prisen på mange spoler af nyt PLA af god kvalitet. Når man tager højde for den lavere kvalitet og den højere risiko for mislykkede print forbundet med genbrugt PLA, er de faktiske omkostningsbesparelser ofte minimale eller ikke-eksisterende.

6. Obligatorisk og tidskrævende PLA-tørring

PLA's hygroskopiske natur betyder, at det let absorberer fugt, hvilket nødvendiggør grundig og omhyggelig tørring, før man forsøger at smelte det. Tørring introducerer endnu en langvarig fase i genbrugsprocessen. PLA-strimler kræver typisk flere timers tørring ved en kontrolleret lav temperatur (omkring 40-50 ℃).Hvis PLA ikke tørres korrekt, fører det til betydelige problemer under smeltningen, såsom bobler og damp, og det fremskynder nedbrydningen af ​​materialet, hvilket alt sammen har en alvorlig indvirkning på kvaliteten af ​​det genbrugte materiale.

Alternativer til smeltning af PLA-affald

I stedet for at gennemgå den vanskelige proces med at forsøge at omsmelte PLA, er der ofte mere praktiske og kreative ting, du kan gøre med dine PLA-rester og mislykkede print.

Kreativ upcycling:

Mislykkede tryk, rafts og understøtninger kan bruges i kunstprojekter, såsom mosaikker, eller som dele af skulpturer. Små rester kan bruges som interessant fyldstof i harpiksstøbninger eller til at skabe unikke teksturer i andre kunsthåndværk.

Sammenføjning af PLA-stykker:

Du kan bruge en 3D-printpen med PLA-filament til at "svejse" PLA-dele sammen, reparere revner i udskrifter eller kombinere mindre dele til større dele. Visse limtyper til plastik, såsom superlim (cyanoacrylat) brugt med en plastikprimer eller specielle plastikepoxyer, kan også fungere godt til at lime PLA-dele sammen.

Specialiserede genbrugstjenester (hvis tilgængelige):

Disse er ikke almindelige, men nogle lokale værksteder, makerspaces eller specialiserede virksomheder tilbyder muligvis indsamling og genbrug af PLA-affald. Du kan se, hvad der er tilgængeligt i dit område, men hold ikke vejret.

Industriel kompostering (for certificeret PLA):

Hvis dit PLA har den særlige betegnelse som egnet til industriel kompostering (det opfylder standarder som EN 13432 eller ASTM D6400) OG du har adgang til et industrielt eller kommunalt komposteringsanlæg i dit område, der accepterer dem, så er dette en bedre miljøvenlig måde at slippe af med det på. Men det meste PLA komposteres ikke i en almindelig husholdningskompostbeholder.

Vær smart omkring dit PLA-affald!

Selvom det er muligt at smelte PLA, er sandheden, at der er store forhindringer involveret. Materialeforringelse, kvalitetsproblemer og investering af tid og udstyr overtrumfer generelt fordelene for den typiske hobbyist. I stedet for at dykke ned i vanskelig genbrug, så gør dit bedste for at reducere dit affald ved at strømline dine print, kreativt upcycle dine rester eller finde lokal kompostering af certificeret PLA. Vælg brugbare løsninger til din budget frem for dem, der lover skuffende resultater.