Is PLA Waterdicht? Bedrukte zeepbakjes en doucheaccessoires

Het korte antwoord

PLA Het is waterbestendig, niet waterdicht. Dat onderscheid is belangrijk.

A PLA De print is bestand tegen incidentele spatten, kan korte tijd water vasthouden in een vaas en kan maandenlang binnenshuis als plantenpot gebruikt worden. Langdurig contact met water, vooral warm water in een alkalische omgeving zoals een zeepachtige badkamer, tast de print echter aan. PLA Sneller dan de meeste mensen verwachten. De data vertellen een specifieker verhaal dan "het hangt ervan af", dus laten we eens kijken wat het onderzoek daadwerkelijk aantoont.

Waterabsorptie: de cijfers

Volgens de ASTM D570-standaardtest (24 uur onderdompeling bij 23 °C), PLA Het absorbeert tussen de 0,5% en 1,0% van zijn gewicht aan water. Dat klinkt misschien onbeduidend, maar vergelijk het eens met andere filamenten:

Een peer-reviewed onderzoek gepubliceerd in Polymeren (2021) getest 3D-geprint PLA En PETG exemplaren in gedestilleerd water gedurende negen weken. PLA Na acht weken was het gewicht met 2,5% toegenomen. PETG De toename bedroeg slechts 0,3%. Dat is een verschil van ongeveer 8 keer in wateropname onder identieke omstandigheden.

Het grootste deel van de absorptie vindt plaats in de eerste drie tot vier dagen. Daarna vertraagt ​​de absorptie naarmate het materiaal verzadigd raakt. Maar de schade stopt niet wanneer de absorptie stabiliseert. Watermoleculen die de polymeermatrix binnendringen, beginnen moleculaire ketens af te breken door hydrolyse, een proces dat versnelt met de temperatuur en de pH-waarde.

Voor een gedetailleerdere vergelijking van hoe PLA vergeleken met andere soorten filamenten, ABS vs PLA vergelijkingsgids behandelt de bredere afwegingen op materieel gebied.

Temperatuur verandert alles.

PLADe glasovergangstemperatuur van ligt tussen 55 °C en 60 °C. Beneden die temperatuur bevinden de polymeerketens zich in een starre, glasachtige toestand. Boven die temperatuur krijgen ze voldoende mobiliteit om zich te herschikken, waardoor het materiaal zachter wordt, vervormt en veel sneller degradeert.

Onderzoek gepubliceerd in ACS Toegepaste Materialen & Interfaces deze relatie gekwantificeerd door onderdompeling PLA in water bij drie verschillende temperaturen gedurende 49 dagen:

Het water onder een douche heeft doorgaans een temperatuur van 38-42 °C. Dat valt in de zone van "langzame afbraak", niet in de zone van catastrofale schade. Maar een zeepbakje op een plank waar zich af en toe heet water verzamelt? Het contactoppervlak kan door de directe waterstraal oplopen tot 45-50 °C, wat het proces versnelt.

Het verschil tussen 37°C en 60°C is waar PLADe praktische grenzen van het materiaal liggen hier. Contact met water op kamertemperatuur? Maandenlang vol te houden. Herhaalde blootstelling aan warm water? Verwacht binnen enkele weken tot maanden merkbare verzachting en kromtrekking, afhankelijk van de printkwaliteit en wanddikte.

Het zeepprobleem dat de meeste mensen over het hoofd zien.

De temperatuur krijgt de meeste aandacht wanneer mensen erover praten. PLA en water. Maar de pH-waarde is de factor die zeepbakjes specifiek problematisch maakt.

Vaste zeep creëert een alkalische omgeving, doorgaans met een pH van 9-10. Onderzoek van een onderzoek uit 2021 in Polymeren gemeten PLA Afbraak bij verschillende pH-waarden bij 37 °C gedurende 25 dagen. De resultaten waren opvallend:

Bij pH 10, PLA Het materiaal verloor in slechts 25 dagen 40% van zijn treksterkte. Aan het oppervlak ontwikkelden zich microscopische elliptische poriën (0,23 µm × 0,09 µm) met een regelmatige tussenafstand. De kristalliniteit nam toe tot 90%, wat betekent dat de amorfe gebieden bij voorkeur afbraken, waardoor een meer kristallijne maar steeds brozer wordende structuur achterbleef.

Dit betekent een PLA Een zeepbakje wordt geconfronteerd met de meest ongunstige combinatie: warm water plus alkalische zeepresten. Neutraal water op kamertemperatuur? PLA Hij kan ermee omgaan. Warm zeepsop onder de douche? Dat is de enige omgeving waar PLADe zwakke punten van 's stapelen zich op.

Printinstellingen voor waterbestendigheid

Als u afdrukt PLA Voor elke toepassing die met water in contact komt, zijn de printinstellingen belangrijker dan normaal. Tests van Prusa Research met meer dan 10 materialen brachten duidelijke patronen aan het licht voor waterdicht FDM-printen.

Voor prints in vaasmodus (één doorlopende wand in een spiraal) is het handig om de lijndikte in te stellen op 120-150% van de diameter van je spuitmond. Met een spuitmond van 0,4 mm betekent dit een lijndikte van 0,48-0,6 mm. Dit zorgt voor een dikkere, waterdichtere wand. Maar prints met één wand zijn kwetsbaar. Voor functionele zeepbakjes en badkameraccessoires is de standaardmodus met 4 of meer wanden de veiligere keuze.

Deze principes gelden ongeacht uw printermodel, maar betrouwbare automatische kalibratie en consistente eerste lagen zijn voor waterdicht printen belangrijker dan bijna al het andere. Als uw PLA De kwaliteit is goed. Als uw printer correct is gekalibreerd, zullen de bovenstaande instellingen consistent waterbestendige onderdelen produceren. Een printer zoals de Q2 Met de automatische nivellering van de loadcell wordt ervoor gezorgd dat de eerste laag correct is afgesteld.

Coatings die echt werken

De meest effectieve manier om een ​​waterdicht te maken PLA De print is bedoeld om te voorkomen dat water de PLA helemaal niet. Een coating creëert een niet-poreuze barrière die het onderliggende materiaal niet hoeft te bieden.

Epoxyhars (over het algemeen de beste optie)

Tweecomponenten epoxyharsen zoals ArtResin of Alumilite Amazing Clear Cast zijn de gouden standaard. Meng ze in een verhouding van 1:1 op basis van volume, breng het aan met een kwast of dompel het in het materiaal en laat het 3-4 dagen volledig uitharden. De uitgeharde epoxy is niet-poreus, chemisch bestendig en voldoet aan de FDA-richtlijnen voor contact met levensmiddelen. Het nadeel: het is een proces van meerdere dagen en de afwerking verandert van mat naar droog. PLA naar een glanzend, gecoat oppervlak.

Polyurethaanspray

Polyurethaan in spuitbusvorm is sneller aan te brengen. Twee tot drie dunne lagen met 24 uur ertussen. Het is minder duurzaam dan epoxy en slijt na verloop van tijd door wrijving, maar voor een badkameraccessoire dat matig gebruikt wordt, is het voldoende. Kies voor een formule op waterbasis als u sterke oplosmiddeldampen wilt vermijden.

Schuren + coating combinatie

Voor het beste resultaat schuurt u het oppervlak vóór het coaten met schuurpapier met een korrelgrootte van 220-400. Laagnaden zijn de belangrijkste plekken waar water kan binnendringen. Schuren vermindert deze plekken en de coating dicht de resterende openingen af. meer oppervlakteafwerkingstechnieken, Er zijn verschillende benaderingen, afhankelijk van het materiaal en de gewenste afwerking.

Wat werkt niet?

Het gladmaken van acetondamp werkt op ABS maar doet niets om PLA. PLA Het is niet oplosbaar in aceton. Verspil je tijd er niet aan. Sla ook waslagen over: die slijten binnen enkele weken door contact met water en bieden geen noemenswaardige bescherming op de lange termijn.

Wanneer te gebruiken PETG in plaats van

Op een gegeven moment waterdicht maken PLA wordt meer werk dan alleen printen. PETGDe overgang is duidelijker dan je misschien denkt.

Gebruik PETG wanneer een van deze situaties van toepassing is:

• Meer dan een paar keer per week in contact komen met water.
• Watertemperatuur boven 40°C
• Alkalische omgeving (zeep, schoonmaakmiddelen)
• Geschikt voor gebruik buitenshuis (UV-straling en vocht).
• Verwachte levensduur van meer dan zes maanden onder natte omstandigheden.

PETG absorbeert 8 keer minder water dan PLA meer dan acht weken. De glasovergangstemperatuur ligt rond de 80-85 °C, ruim boven de temperatuur van een douche. Het is bestand tegen zuren, basen en de meeste huishoudelijke chemicaliën. En op een moderne printer is het verschil in moeilijkheidsgraad tussen PLA En PETG De nadelen zijn minimaal: iets meer draadjesvorming die moet worden weggewerkt, iets hogere bedtemperaturen en de noodzaak voor betere koeling van het onderdeel.

Het prijsverschil bedraagt ​​ongeveer $5/kg. Voor een zeepbakje waar 50-100 gram filament in gaat, is dat een klein bedrag. PLA serie is perfect voor het prototypen van de vorm voordat je een definitieve versie kiest. PETG voor prints, of voor elk decoratief object binnenshuis waar contact met water slechts sporadisch voorkomt.

Voor vochtige omgevingen waar ook planten of voedingsoplossingen aanwezig zijn, wordt de materiaalkeuze specifieker. Filamentgeleider voor hydrocultuur en zelfwaterende potten covers PETG En ASA in die context. En als contact met voedsel een rol speelt, dan... PETG voedselveiligheidsanalyse Dit artikel behandelt de FDA- en EU-regelgeving voor bedrukt keukengerei.

Het ontwerpen van een PLA een duurzaam zeepbakje

Als je tot zover hebt gelezen en nog steeds een zeepbakje wilt printen in PLAZo maximaliseer je de levensduur ervan. De ontwerpbeslissingen zijn net zo belangrijk als de materiaalkeuze.

Afwatering is niet onderhandelbaar.

stilstaand water op PLA Dit is de snelste weg naar degradatie. Elk zeepbakje moet daarom voorzien zijn van afvoersleuven of een schuin oppervlak dat water wegleidt van het gedeelte waar de zeep mee in contact komt.Verhoogde latten werken goed: de zeep rust op verhoogde ribbels, terwijl het water door de openingen eronder wegloopt.

Wanddikte

Print met minimaal 4 wanden (1,6 mm met een 0,4 mm nozzle). Het extra materiaal vertraagt ​​de waterpenetratie in de interne structuur. Bij 6 wanden (2,4 mm) verbetert de waterbestendigheid aanzienlijk.

Bedek het

Een epoxy- of polyurethaancoating over het gehele oppervlak, inclusief de bodem en afvoergaten, transformeert de PLA Van "waterbestendig gedurende weken" tot "waterbestendig gedurende maanden tot meer dan een jaar". Als je de moeite neemt om een ​​zeepbakje op maat te ontwerpen en te laten printen, is 20 minuten besteden aan de coating een redelijke investering.

Stel de verwachtingen bij.

Een ongecoate PLA Een zeepbakje met goede afwatering, bedrukt met geoptimaliseerde instellingen, zou 3 tot 6 maanden mee moeten gaan in een badkameromgeving voordat je merkt dat het zachter wordt of verkleurt. Een gecoat exemplaar kan 6 tot 12 maanden of langer meegaan. PETG In dezelfde toepassing? Onbepaalde tijd, zolang het maar niet aan direct UV-zonlicht wordt blootgesteld.

Rapporten van makersforums bevestigen dit. Gebruikers die zelfdrainerende systemen hebben ontworpen PLA Zeepbakjes functioneerden naar behoren gedurende meerdere maanden. Bij degenen die platte bakjes zonder afwatering printten, ontstond binnen enkele weken schimmelvorming en verzachting.

Voor toepassingen waarbij langdurige onderdompeling vereist is, zoals plaatsen PLA in een aquarium, De overwegingen verschuiven nog verder. De filamentkeuzes van de collectie van gangbare filamenten inclusief beide PLA Basis En PLA Matte Basic voor projecten waarbij PLA is de juiste keuze.