Dokážete topiť PLA a znovu ju použiť?

Odpad z PLA sa pri intenzívnej 3D tlači rýchlo hromadí – napríklad neúspešné výtlačky, podpery a konce nepoužitých filamentov. Dá sa tento materiál jednoducho roztaviť a znova použiť? Hoci sa PLA teoreticky dá roztaviť, praktické obmedzenia ovplyvňujú kvalitu a použiteľnosť. Tento blog vysvetľuje povahu PLA, spôsoby jeho opätovného použitia, problémy, s ktorými sa stretnete, a aspekty každodenného používania pri vašich projektoch.

Zloženie PLA: Ako jeho vlastnosti ovplyvňujú opätovné použitie

Vlastnosti PLA sú kľúčové pre výzvy spojené s jeho opätovným použitím. Pozrime sa na kľúčové vlastnosti materiálu, ktoré sťažujú tavenie a reformovanie PLA.

PLA je termoplast

PLA je termoplastTento typ plastu sa po zahriatí stáva mäkkým a tvárnym a po ochladení tvrdne – tento cyklus sa dá opakovať. Táto vlastnosť je dôvodom, prečo sa recyklácia PLA javí ako možná. Dve kritické teploty pre PLA sú:

• Teplota skleného prechodu (Tg_g ): To je okolo 60 – 65 °C. Pri tejto teplote sa PLA mení z tvrdého a krehkého stavu na mäkší, gumovitejší. Ešte nie je roztavený, ale je oveľa pružnejší.
• Teplota topenia (T_m ): Táto teplota sa zvyčajne pohybuje medzi 150 – 180 °C. Presná teplota sa môže meniť v závislosti od konkrétneho zloženia PLA, akýchkoľvek farieb alebo iných prísad použitých výrobcom a od toho, či bol predtým zahrievaný. Keď PLA dosiahne túto teplotu, stane sa hustou kvapalinou, ktorú možno tvarovať alebo pretlačiť cez trysku, napríklad v... 3D tlačiareň.

Kľúčový problém: Tepelná degradácia

Tepelná degradácia je hlavnou prekážkou pri opätovnom použití PLA. Vždy, keď sa PLA roztaví, jeho dlhé chemické reťazce – zdroj jeho pevnosti – sa môžu začať rozpadať. Teplo, kyslík a vlhkosť tento proces urýchľujú. Toto rozkladanie vedie k niekoľkým nežiaducim účinkom na materiál:

• Slabší materiál: PLA stráca pevnosť a stáva sa krehkejším. Recyklovaný PLA sa zvyčajne láme ľahšie ako panenský PLA.
• Zmenený tok: Degradácia mení viskozitu taveniny (hrúbku) PLA. To môže brániť konzistentnej extrúzii cez trysku, čo má vplyv na rovnomernosť nového filamentu alebo plnenie formy.
• Zmeny farieb: Opätovné zahrievanie PLA, najmä ak je prehriaty alebo kontaminovaný, často spôsobuje jeho stmavnutie alebo zožltnutie. Priehľadný PLA sa môže zakaliť a farebný PLA sa môže zmeniť na matný, rozmazaný odtieň.
• Zvýšené výpary: Degradovaný PLA môže uvoľňovať viac prchavých organických zlúčenín (VOC). Tieto výpary môžu byť nepríjemné a potenciálne dráždivé.

PLA absorbuje vlhkosť: Prečo je to problém

PLA je hygroskopická, čo znamená, že ľahko absorbuje vlhkosť zo vzduchu. To predstavuje významný problém pre tavenie. Keď sa vlhká PLA zahreje, voda sa premení na paru. Pri teplotách topenia môže táto voda reagovať s PLA hydrolýzou. Táto chemická reakcia ďalej skracuje polymérne reťazce PLA, čím znižuje jej pevnosť. Môže tiež spôsobiť bubliny a dutiny v pretavovanom plaste, čo má za následok zlú kvalitu tlače alebo slabé miesta vo vyrobených výrobkoch.

Môžete roztaviť PLA a znovu ho použiť?

Technicky áno, dá sa roztaviť a znovu použiť. V praxi je však recyklácia šrotu na niečo kvalitné, nové vlákno alebo užitočné produkty spojená s problémami, ktoré ovplyvňujú kvalitu a celkovú uskutočniteľnosť konečného produktu. Existuje niekoľko metód, od jednoduchých až po metódy založené na zariadeniach. Každá z nich má špecifické využitie, výhody a značné nevýhody.

Možnosť 1: Pretvarovanie zvyškov PLA priamym ohrevom a jednoduchými formami

Táto jednoduchá metóda opätovného použitia PLA vyžaduje minimálne špecializované vybavenie.

Proces: Odrezky PLA sa ohrievajú v hriankovači (neodporúča sa na použitie v potravinách kvôli riziku kontaminácie), teplovzdušnej pištoli alebo horúcej platni, kým nezmäknú. Nevyhnutné sú tepelne odolné rukavice. Zmäkčený PLA sa potom môže ručne tvarovať, lisovať do jednoduchých foriem (e.g., silikónové formy na pečenie) alebo zhutnené do hustejších blokov.

Aplikácie: Používa sa predovšetkým na malé dekoratívne predmety, základné formy na remeslá alebo na lisovanie odpadu PLA.

Výhody: Nízke náklady a jednoduchý postup.

Nevýhody: Zložitá regulácia teploty môže ľahko viesť k prehriatiu alebo spáleniu PLA, čoho výsledkom je značné množstvo výparov a nerovnomerné výsledky. Dobré vetranie je kvôli výparom nevyhnutné. Nevhodné na vytváranie nových... 3D tlačový filament.

Možnosť 2: Vytlačenie nového filamentu z vyčistených a nasekaných zvyškov PLA

Cieľom tohto prístupu je priamo premeniť odpad PLA späť na použiteľný filament pre 3D tlač.

Proces: Tento viacstupňový proces zahŕňa:

• Dôkladné čistenie zvyškov od prachu a olejov.
• Drvenie alebo mletie zvyškov na malé, rovnomerné kúsky.
• Dôkladné sušenie kusov (často celé hodiny v sušičke filamentov alebo v riadenej peci).
• Pridávanie sušeného PLA do stolného extrudéra filamentov, ktorý ho roztaví, zmieša a extruduje ako nový filament na cievku.

Primárny cieľ/aplikácia: Vyrobiť nový, použiteľný filament pre 3D tlačiarne zo zvyškov PLA.

Výhody: Výhodou je systém „uzavretej slučky“, ktorý premieňa odpad späť na použiteľný materiál, čo v priebehu času potenciálne znižuje náklady na odpad a filament.

Nevýhody: Medzi významné výzvy patria:

• Vysoké počiatočné náklady na drvič a extrudér filamentu.
• Časovo a prácne náročný proces (čistenie, drvenie, sušenie, extrúzia).
• Ťažkosti s dosiahnutím konzistentného priemeru a kruhovitosti filamentu, čo je kľúčové pre kvalitu tlače, často vedú k zaseknutiu tlačiarne alebo nekvalitnej tlači.
• Nevyhnutná tepelná degradácia, ktorá vedie k slabšiemu filamentu.
• Vysoké riziko kontaminácie (nečistoty, iné plasty) a rozmazané farby (zvyčajne po zmiešaní tmavohnedá/sivá).

Možnosť 3: Vytvorenie malých pevných objektov pomocou vstrekovacieho lisu PLA pre stolné počítače

Spracovaný PLA sa dá použiť aj v malých stolových vstrekovacích lisoch.

Proces: Rozdrvený, dôkladne vysušený PLA sa privádza do malého vstrekovacieho lisu, ktorý roztavený plast zahrieva a pod tlakom vstrekuje do formy.

Aplikácie: Vhodné na výrobu viacerých kópií malých, plných dielov (e.g., konzoly, gombíky, puzdrá), kde maximálna pevnosť nie je kritická.

Výhody: S dobrými formami a správnym nastavením dokáže vyrobiť pomerne konzistentné diely.

Nevýhody: Stolné vstrekovacie lisy sú drahé, rovnako ako výroba kvalitných foriem, ktorá si tiež vyžaduje zručnosť. Zložitosť tvarov je v porovnaní s 3D tlačou často obmedzenejšia.

Recyklácia odpadu PLA v priemyselnom meradle

Napriek svojmu biologickému pôvodu je rozsiahla, špecializovaná recyklácia PLA z 3D výtlačkov nezvyčajná. Hoci niektoré typy PLA sú certifikované na priemyselné kompostovanie, vyžaduje si to prístup k špecializovaným zariadeniam a nie všetky PLA spĺňajú túto kritériá. Štandardné recyklačné centrá vo všeobecnosti považujú zber, triedenie a čistenie zmiešaných, často kontaminovaných 3D výtlačkov PLA za príliš zložité a nákladné na to, aby boli realizovateľné.

Hlavné výzvy pri opätovnom použití PLA

Tavenie a opätovné použitie PLA zvyčajne predstavuje značné a často frustrujúce problémy. Tieto problémy takmer vždy ohrozujú kvalitu konečného produktu.

1.Znížená pevnosť a zvýšená krehkosť (tepelná degradácia)

Ako už bolo uvedené, tepelná degradácia je hlavnou prekážkou. Každý cyklus tavenia oslabuje vnútornú štruktúru PLA. V dôsledku toho je opätovne použitý PLA takmer vždy krehkejší a menej pevný ako panenský materiál, čo ho robí nevhodným na výrobu odolných dielov, bez ohľadu na starostlivosť, ktorú sa venuje domácemu inštalovaniu.

2. Vysoké riziko kontaminácie (nečistoty, farby, iné plasty)

Recyklovaný PLA je veľmi náchylný na rôzne formy kontaminácie:

• Nečistoty a oleje: Prach, nečistoty z manipulácie alebo kožné mastnoty sa môžu zmiešať s roztaveným PLA, čo môže spôsobiť nedokonalosti, upchatie trysiek alebo slabé miesta v konečnom výrobku.
• Zmiešané farby: Kombinácia rôznych farieb PLA zvyčajne vedie k kalnému, nepredvídateľnému odtieňu (e.g., hnedá, tmavosivá). Dosiahnutie jasných, čistých farieb zo zmiešaných zvyškov je takmer nemožné.
• Krížová kontaminácia plastmi: Náhodné zmiešanie s inými plastmi (e.g., ABS, PETG) spôsobuje vážne problémy kvôli rozdielnym teplotám tavenia a nekompatibilite. Medzi výsledky patrí zhlukovanie, slabá väzba, nadmerné množstvo výparov a možné poškodenie zariadenia.

3. Nepredvídateľná kvalita a výkon recyklovaného materiálu

Degradácia materiálu a kontaminácia sa spájajú a vytvárajú vysoko nekonzistentný recyklovaný PLA.

• Nevýhody recyklovaného vlákna: Recyklované PLA filament často vykazuje nekonzistentný priemer, nekruhovitosť, nadmernú krehkosť alebo slabý tok taveniny. Tieto chyby priamo spôsobujú problémy s tlačou, ako sú zaseknutie trysky, nedostatočné alebo nadmerné vytláčanie a slabá priľnavosť vrstiev.
• Zvýšený počet zlyhaní tlače: Nespoľahlivosť, ktorá je vlastná recyklovanému PLA, často vedie k vyššej miere neúspešných výtlačkov. To môže negovať akékoľvek potenciálne úspory materiálu a viesť k zvýšenej frustrácii a plytvaniu.

4. Zvýšené emisie výparov a súvisiace bezpečnostné riziká

Pri každom zahrievaní PLA uvoľňujeme určité prchavé organické zlúčeniny (VOC). Opakované zahrievanie degradovaného alebo kontaminovaného PLA môže zhoršiť množstvo a typ uvoľňovaných výparov.

• Nedostatky vetrania: Nedostatočné vetranie počas topenia umožňuje koncentráciu prchavých organických zlúčenín (VOC), čo predstavuje potenciálne zdravotné riziko pri vdýchnutí.
• Nebezpečenstvá expozície: Dlhodobé alebo pravidelné vystavenie týmto zvýšeným hladinám výparov, najmä bez vhodnej ochrany dýchacích ciest, môže viesť k podráždeniu alebo iným zdravotným problémom.

5. Významná investícia: čas, úsilie a finančné náklady

Čas, úsilie a finančné výdavky potrebné na recykláciu PLA často prevažujú nad výhodami pre väčšinu hobbyistov.

• Významný časový záväzok: Celý viacstupňový proces – čistenie, triedenie, drvenie, sušenie a následné starostlivé vytláčanie alebo tvarovanie – je mimoriadne časovo náročný.
• Investície do vybavenia: Kvalitné drviče, spoľahlivé extrudéry filamentov a správne sušičky filamentov predstavujú značné náklady, často prevyšujúce náklady na mnoho cievok nového, kvalitného PLA. Ak zohľadníme nižšiu kvalitu a vyššiu pravdepodobnosť neúspešných výtlačkov spojených s recyklovaným PLA, skutočné úspory nákladov sú často minimálne alebo žiadne.

6. Povinné a časovo náročné sušenie PLA

Hygroskopická povaha PLA znamená, že ľahko absorbuje vlhkosť, čo si vyžaduje dôkladné a starostlivé sušenie pred akýmkoľvek pokusom o jeho roztavenie. Sušenie predstavuje ďalšiu zdĺhavú fázu procesu opätovného použitia. Úlomky PLA zvyčajne vyžadujú niekoľko hodín sušenia pri kontrolovanej nízkej teplote (približne 40 – 50 ℃).Nesprávne sušenie PLA vedie k významným problémom počas tavenia, ako sú bubliny a para, a urýchľuje degradáciu materiálu, čo všetko vážne ovplyvňuje kvalitu opätovne použitého materiálu.

Alternatívy k taveniu odpadu PLA

Namiesto zložitého procesu pretavovania PLA existujú často praktickejšie a kreatívnejšie veci, ktoré môžete so zvyškami PLA a neúspešnými výtlačkami urobiť.

Kreatívne upcyklovanie:

Neúspešné výtlačky, rafty a podpery sa dajú použiť v umeleckých projektoch, ako sú mozaiky, alebo ako súčasti sôch. Malé zvyšky sa dajú použiť ako zaujímavá výplň v živicových odliatkoch alebo na vytvorenie jedinečných textúr v iných remeslách.

Spájanie PLA dielikov:

Na „zváranie“ PLA dielov, opravu trhlín vo výtlačkoch alebo spájanie menších dielov do väčších môžete použiť 3D tlačiarenské pero s PLA vláknom. Na lepenie PLA dielov sa dajú dobre použiť aj určité lepidlá na plasty, ako napríklad superlepidlo (kyanoakrylát) používané s plastovým základným náterom alebo špeciálne plastové epoxidy.

Špecializované recyklačné služby (ak sú k dispozícii):

Tieto nie sú bežné, ale niektoré komunitné dielne, makerspace alebo niektoré špecializované spoločnosti môžu ponúkať zber a recykláciu odpadu z PLA. Môžete sa pozrieť, čo je dostupné vo vašej oblasti, ale nečakajte.

Priemyselné kompostovanie (pre certifikovaný PLA):

Ak má váš PLA špeciálne označenie ako vhodný na priemyselné kompostovanie (spĺňa normy ako EN 13432 alebo ASTM D6400) A máte prístup k priemyselnému alebo komunálnemu kompostovaciemu zariadeniu vo vašej oblasti, ktoré ho akceptuje, potom je to lepší spôsob, ako sa ho zbaviť šetrnejší k životnému prostrediu. Väčšina PLA sa však nekompostuje v bežnom domácom kompostéri.

Buďte múdri pri odstraňovaní PLA odpadu!

Aj keď je možné PLA roztaviť, pravdou je, že s tým sú spojené veľké prekážky. Zhoršenie kvality materiálu, problémy s kvalitou a investícia času a vybavenia vo všeobecnosti prevažujú nad výhodami pre typického hobbyistu. Namiesto toho, aby ste sa ponárali do zložitej recyklácie, snažte sa znížiť množstvo odpadu zefektívnením svojich výtlačkov, kreatívnym recyklovaním zvyškov alebo nájdením miestneho kompostovania pre certifikovaný PLA. Zvoľte si funkčné riešenia pre svoje financie namiesto tých, ktoré sľubujú sklamanie z výsledkov.