Kas saate PLA sulatada ja seda uuesti kasutada?

PLA jäätmed kogunevad intensiivse 3D-printimise käigus kiiresti – näiteks ebaõnnestunud prindid, tugi ja kasutamata filamentide otsad. Kas saate seda materjali lihtsalt sulatada ja taaskasutada? Kuigi PLA-d saab teoreetiliselt sulatada, mõjutavad praktilised piirangud kvaliteeti ja kasutatavust. See blogi selgitab PLA olemust, taaskasutamisviise, probleeme, millega kokku puutute, ja igapäevase kasutamise kaalutlusi oma projektides.

PLA koostis: kuidas selle omadused mõjutavad taaskasutamist

PLA iseloomulikud omadused on selle taaskasutamise väljakutsete keskmes. Vaatame peamisi materjaliomadusi, mis muudavad PLA sulatamise ja ümberkujundamise keeruliseks.

PLA on termoplast

PLA on termoplastSeda tüüpi plastik muutub kuumutamisel pehmeks ja vormitavaks ning jahtudes kõvaks – tsükkel, mida saab korrata. See omadus on põhjus, miks PLA taaskasutamine tundub teostatav. PLA kaks kriitilist temperatuuri on:

• Klaasisiirdetemperatuur (T_g ): See on umbes 60–65 °C. Sellel temperatuuril muutub PLA kõvast ja hapraks olemisest pehmemaks, kummisemaks. See pole veel sulanud, kuid on palju paindlikum.
• Sulamistemperatuur (T_m ): Tavaliselt on see vahemikus 150–180 °C. Täpne temperatuur võib muutuda sõltuvalt konkreetsest PLA valemist, tootja poolt kasutatavatest värvainetest või muudest lisanditest ja sellest, kas seda on eelnevalt kuumutatud. Kui PLA saavutab selle temperatuuri, muutub see paksuks vedelikuks, mida saab vormida või läbi düüsi suruda, näiteks 3D-printer.

Põhiprobleem: termiline lagunemine

PLA taaskasutamise peamine takistus on termiline lagunemine. Iga kord, kui PLA sulatatakse, võivad selle pikad keemilised ahelad – tugevuse allikas – hakata lagunema. Kuumus, hapnik ja niiskus kiirendavad seda protsessi. See lagunemine põhjustab materjalile mitmeid soovimatuid tagajärgi:

• Nõrgem materjal: PLA kaotab tugevust ja muutub hapramaks. Taaskasutatud PLA puruneb tavaliselt kergemini kui neitsi PLA.
• Muutunud vool: Lagunemine muudab PLA sulaviskoossust (paksust). See võib takistada ühtlast ekstrusiooni läbi düüsi, mõjutades uue filamendi ühtlust või vormi täitumist.
• Värvi muutused: PLA ülessoojendamine, eriti ülekuumenemise või saastumise korral, põhjustab selle sageli tumenemist või kollasust. Läbipaistev PLA võib muutuda häguseks ja värviline PLA võib muutuda tuhmiks ja uduseks.
• Suurenenud aurud: Lagunenud PLA võib eraldada rohkem lenduvaid orgaanilisi ühendeid (VOC-sid). Need aurud võivad olla ebameeldivad ja potentsiaalselt ärritavad.

PLA imab niiskust: miks see on probleem

PLA on hügroskoopne, mis tähendab, et see imab kergesti õhus leiduvat niiskust. See tekitab sulamisel olulise probleemi. Niiske PLA kuumutamisel muutub vesi auruks. Oluline on see, et sulamistemperatuuril võib see vesi PLA-ga reageerida hüdrolüüsi teel. See keemiline reaktsioon lühendab veelgi PLA polümeerahelaid, vähendades selle tugevust. See võib põhjustada ka mulle ja tühimikke sulatatud plastis, mille tulemuseks on halb trükikvaliteet või nõrgad kohad toodetud toodetes.

Kas PLA-d saab sulatada ja taaskasutada?

Tehniliselt võttes saab seda jah sulatada ja taaskasutada. Praktikas on aga jääkide ringlussevõtt kvaliteetseks uueks hõõgniidiks või kasulikeks toodeteks probleemidega, mis mõjutavad lõpptoote kvaliteeti ja üldist teostatavust. Selleks on mitu meetodit, alates lihtsatest kuni seadmetepõhiste meetoditeni. Igal neist on oma spetsiifilised kasutusalad, eelised ja olulised puudused.

1. võimalus: PLA jääkide ümberkujundamine otsese kuumuse ja lihtsate vormide abil

See lihtne PLA taaskasutamise meetod nõuab minimaalselt spetsiaalset varustust.

Protsess: PLA-jääke kuumutatakse rösterahjus (ei ole soovitatav toiduainetega kasutamiseks saastumisohu tõttu), kuumaõhupüstolis või kuumaplaadil, kuni need pehmenevad. Kuumuskindlad kindad on hädavajalikud. Pehmenenud PLA-d saab seejärel käsitsi vormida ja pressida lihtsatesse vormidesse (e.g., silikoonist küpsetusvormid) või tihendatud tihedamateks plokkideks.

Rakendused: Kasutatakse peamiselt väikeste dekoratiivesemete, käsitöö põhivormide või PLA-jäätmete tihendamiseks.

Eelised: Madal hind ja lihtne protseduur.

Puudused: Raske temperatuuri reguleerimine võib kergesti põhjustada PLA ülekuumenemist või põlemist, tekitades märkimisväärset auru ja andes ebaühtlase tulemuse. Hea ventilatsioon on aurude tõttu ülioluline. Ei sobi uute loomiseks. 3D-printimise filament.

2. võimalus: Puhastatud ja purustatud PLA-jääkidest uue filamendi väljapressimine

Selle lähenemisviisi eesmärk on muuta PLA-jäätmed otse tagasi kasutatavaks 3D-printimisfilamendiks.

Protsess: See mitmeastmeline protsess hõlmab järgmist:

• Puhastage jäägid põhjalikult tolmu ja õlide eemaldamiseks.
• Jääkide purustamine või jahvatamine väikesteks, ühtlasteks tükkideks.
• Tükkide ulatuslik kuivatamine (sageli tundide kaupa filamentkuivatis või kontrollitud ahjus).
• Kuivatatud PLA söötmine lauaarvuti filamendi ekstruuderisse, mis sulatab, segab ja ekstrudeerib selle uue filamendina poolile.

Peamine eesmärk/rakendus: PLA jääkidest uue, kasutatava 3D-printeri filamendi tootmiseks.

Eelised: Selle eelis seisneb „suletud ahelaga” süsteemis, mis muundab jäätmed tagasi kasutatavaks materjaliks, vähendades potentsiaalselt aja jooksul jäätme- ja hõõgniidikulusid.

Puudused: Oluliste väljakutsete hulka kuuluvad:

• Purustaja ja filamentmaterjali ekstruuderi kõrged algkulud.
• Aeganõudev ja töömahukas protsess (puhastamine, purustamine, kuivatamine, ekstrudeerimine).
• Raskused ühtlase hõõgniidi läbimõõdu ja ümaruse saavutamisel, mis on prindikvaliteedi seisukohalt ülioluline, põhjustades sageli printeri ummistusi või halbu prinditulemusi.
• Paratamatu termiline lagunemine, mille tulemuseks on nõrgem hõõgniit.
• Suur saastumisoht (mustus, muud plastid) ja hägused värvid (tavaliselt segamisel tuhmpruun/hall).

3. võimalus: väikeste tahkete objektide loomine lauaarvuti PLA survevalu abil

Töödeldud PLA-d saab kasutada ka väikestes lauaarvutite survevalumasinates.

Protsess: Purustatud ja põhjalikult kuivatatud PLA suunatakse väikesesse survevaluvormimismasinasse, mis kuumutab ja süstib sulatatud plasti rõhu all vormi.

Rakendused: Sobib väikeste, tahkete osade mitmekordseks koopiate valmistamiseks (e.g..., kronsteinid, nupud, korpused), mille puhul maksimaalne tugevus pole kriitilise tähtsusega.

Eelised: Suudab toota üsna ühtlaseid osi heade vormide ja õigete sätetega.

Puudused: Laua survevaluvormid on kallid, nagu ka kvaliteetsete vormide loomine, mis nõuab samuti oskusi. Kuju keerukus on sageli piiratum võrreldes 3D-printimisega.

PLA-jäätmete tööstuslik ringlussevõtt

Vaatamata biopõhisele päritolule on 3D-printidest saadud PLA ulatuslik ja spetsiaalne ringlussevõtt haruldane. Kuigi mõned PLA tüübid on sertifitseeritud tööstuslikuks kompostimiseks, nõuab see spetsiaalsete rajatiste kasutamist ja mitte kõik PLA ei vasta nõuetele. Tavalised ringlussevõtukeskused peavad segatud ja sageli saastunud PLA 3D-printide kogumist, sorteerimist ja puhastamist üldiselt liiga keeruliseks ja kulukaks, et see oleks teostatav.

PLA taaskasutamise peamised väljakutsed

PLA sulatamine ja taaskasutamine tekitab tavaliselt olulisi ja sageli frustreerivaid probleeme. Need probleemid kahjustavad peaaegu alati lõpptoote kvaliteeti.

1.Vähenenud tugevus ja suurenenud rabedus (termiline lagunemine)

Nagu varem mainitud, on termiline lagunemine peamine takistus. Iga sulamistsükkel nõrgestab PLA sisemist struktuuri. Seetõttu on taaskasutatud PLA peaaegu alati hapram ja vähem tugev kui toormaterjal, muutes selle vastupidavate osade jaoks sobimatuks, olenemata sellest, kui hoolikalt kodus seda tehakse.

2. Suur saastumisoht (mustus, värvid, muud plastid)

Taaskasutatud PLA on väga vastuvõtlik mitmesugustele saastumise vormidele:

• Mustus ja õlid: Tolm, käitlemismustus või nahaõlid võivad seguneda sulanud PLA-ga, põhjustades ebatäiusi, düüside ummistumist või nõrku kohti lõpptootes.
• Segatud värvid: Erinevate PLA-värvide kombineerimine annab tavaliselt porise ja ettearvamatu tooni (e.g(pruun, tumehall). Segatud kangast on peaaegu võimatu saada erksaid ja puhtaid värve.
• Ristplastiline saastumine: Juhuslik segamine teiste plastidega (e.g., ABS, PETG) põhjustab erinevate sulamistemperatuuride ja kokkusobimatuse tõttu tõsiseid probleeme. Tulemusteks on tükid, halb nakkuvus, liigne aur ja seadmete võimalik kahjustumine.

3. Taaskasutatud materjali ettearvamatu kvaliteet ja toimivus

Materjali lagunemine ja saastumine koos tekitavad väga ebaühtlast taaskasutatud PLA-d.

• Taaskasutatud hõõgniidi puudused: Taaskasutatud PLA-filament sageli esineb ebaühtlane läbimõõt, mitteringikujulisus, liigne rabedus või halb sulavoolavus. Need vead põhjustavad otseselt trükiprobleeme, nagu düüside ummistused, ala- või üleekstrusioon ja halb kihtide adhesioon.
• Suurenenud printimisvead: Taaskasutatud PLA-le omane ebausaldusväärsus viib sageli ebaõnnestunud printide suurema määrani. See võib nullida igasuguse potentsiaalse materjali kokkuhoiu ning suurendada frustratsiooni ja jäätmeid.

4. Suurenenud suitsugaaside heide ja sellega seotud ohutusriskid

PLA kuumutamisel eraldub lenduvaid orgaanilisi ühendeid (VOC-sid). Lagunenud või saastunud PLA mitmekordne kuumutamine võib suurendada eralduvate aurude hulka ja tüüpi.

• Ventilatsiooni puudused: Ebapiisav ventilatsioon sulamise ajal võimaldab lenduvatel orgaanilistel ühenditel kontsentreeruda, mis võib sissehingamisel terviseriske tekitada.
• Kokkupuuteohud: Pikaajaline või regulaarne kokkupuude nende kõrgenenud aurude tasemega, eriti ilma sobiva hingamisteede kaitseta, võib põhjustada ärritust või muid terviseprobleeme.

5. Märkimisväärne investeering: aeg, pingutus ja rahalised kulud

PLA ringlussevõtu jaoks vajalik aeg, pingutus ja rahalised kulutused kaaluvad enamiku harrastajate jaoks sageli üles kasu.

• Märkimisväärne ajaline panus: Kogu mitmeastmeline protsess – puhastamine, sorteerimine, purustamine, kuivatamine ja seejärel hoolikas ekstrudeerimine või vormimine – on äärmiselt aeganõudev.
• Seadmete investeeringud: Kvaliteetsed kiudpurustajad, töökindlad kiudekstruuderid ja korralikud kiudkuivatid kujutavad endast märkimisväärset kulu, mis ületab sageli paljude uue ja kvaliteetse PLA poolide maksumuse. Kui arvestada taaskasutatud PLA-ga seotud madalamat kvaliteeti ja suuremat ebaõnnestunud prindivõimalust, on tegelik kulude kokkuhoid sageli minimaalne või olematu.

6. Kohustuslik ja aeganõudev PLA kuivatamine

PLA hügroskoopne olemus tähendab, et see imab kergesti niiskust, mistõttu tuleb see enne sulatamist põhjalikult ja ettevaatlikult kuivatada. Kuivatamine on taaskasutamise protsessis veel üks pikk etapp. PLA-tükid vajavad tavaliselt mitu tundi kuivatamist kontrollitud madalal temperatuuril (umbes 40–50 ℃).PLA nõuetekohaselt kuivatamata jätmine põhjustab sulamise ajal olulisi probleeme, näiteks mulle ja auru, ning kiirendab materjali lagunemist, mis kõik mõjutavad oluliselt taaskasutatud materjali kvaliteeti.

PLA jäätmete sulatamise alternatiivid

Selle asemel, et läbida keeruline PLA uuesti sulatamise protsess, on sageli praktilisemaid ja loomingulisemaid asju, mida saate oma PLA jääkide ja ebaõnnestunud prinditud materjalidega teha.

Loominguline taaskasutus:

Ebaõnnestunud prinditöid, parvesid ja toesid saab kasutada kunstiprojektides, näiteks mosaiikides, või skulptuuride osana. Väikesi jääke saab kasutada huvitava täiteainena vaiguvalamisel või ainulaadsete tekstuuride loomiseks muudes käsitöödes.

PLA tükkide ühendamine:

PLA-filamendiga 3D-printimispliiatsit saab kasutada PLA-tükkide kokkukeevitamiseks, prinditud detailide pragude parandamiseks või väiksemate osade suuremateks ühendamiseks. Teatud plastliimid, näiteks superliim (tsüanoakrülaat) koos plastkruntvärviga või spetsiaalsed plastepoksüüd, võivad samuti PLA-osade kokkuliimimiseks hästi sobida.

Spetsialiseeritud ringlussevõtu teenused (kui on olemas):

Need pole küll levinud, aga mõned kogukonna töötoad, tegijate ruumid või spetsialiseerunud ettevõtted võivad pakkuda PLA-jäätmete kogumist ja ringlussevõttu. Võite vaadata, mis teie piirkonnas saadaval on, aga ärge hinge kinni hoidke.

Tööstuslik kompostimine (sertifitseeritud PLA jaoks):

Kui teie PLA-l on spetsiaalne märge, mis viitab sobivusele tööstuslikuks kompostimiseks (see vastab standarditele nagu EN 13432 või ASTM D6400) JA teil on juurdepääs oma piirkonnas asuvale tööstuslikule või munitsipaalkompostimisjaamale, mis neid vastu võtab, on see keskkonnasõbralikum viis sellest vabanemiseks. Kuid enamik PLA-d ei komposteeru tavalises majapidamiskompostikastis.

Suhtu oma PLA-jäätmetesse targalt!

Kuigi PLA-d on võimalik sulatada, on tõsiasi, et sellega kaasnevad suured takistused. Materjali halvenemine, kvaliteediprobleemid ning aja ja seadmete investeerimine kaaluvad tüüpilise harrastaja jaoks üldiselt üles eelised. Selle asemel, et tegeleda keerulise ringlussevõtuga, tehke kõik endast olenev, et vähendada jäätmeid, lihtsustades oma prinditöid, taaskasutades loominguliselt jääke või leides sertifitseeritud PLA jaoks kohaliku kompostimise koha. Valige oma vahenditega toimivad lahendused nende asemel, mis lubavad pettumust valmistavaid tulemusi.