Filamenty PLA

Filamenty PLA zaliczają się do grupy najpopularniejszych materiałów wykorzystywanych w drukowaniu 3D. PLA natomiast jest skrótową nazwą polilaktydu, znanego również jako kwas mlekowy, który jest biodegradowalnym polimerem pochodzenia organicznego. Sprawia to, że tego typu filamenty są przyjazne środowisku. Ich popularność wynika z wielu zalet, w tym łatwości druku, szerokiej gamy kolorów i efektów, oraz ekologiczności. Filamenty PLA charakteryzują się również dobrą wytrzymałością i łatwością przetwarzania mechanicznego, co czyni je wszechstronnym materiałem o wielu zastosowaniach. Nie emitują szkodliwych substancji chemicznych zarówno podczas pracy, jak i po jej zakończeniu, dzięki czemu są bezpieczne dla zdrowia i środowiska. To wszystko sprawia, że są one idealne do drukowania prototypów, modeli, przedmiotów użytkowych i dekoracyjnych, a także są popularnym wyborem w edukacji, rzemiośle, medycynie i wielu innych dziedzinach. Dzięki swoim zaletom i wszechstronności, tego typu filamenty często są pierwszym wyborem zarówno dla początkujących, jak i doświadczonych użytkowników urządzeń drukujących modele 3D.

Co wyróżnia filamenty PLA na tle innych?

Filamenty PLA przede wszystkim są produkowane z wykorzystaniem ekologicznych, odnawialnych materiałów. Kwas mlekowy, będący ich głównym składnikiem, pozyskiwany jest zazwyczaj na drodze fermentacji glukozy, pochodzącej z kukurydzy bądź trzciny cukrowej. Dzięki temu rozwiązaniu gotowy filament jest bardziej przyjazny środowisku niż inne tego typu. Lepiej pod tym względem wypada zwłaszcza na tle pochodnych ropy naftowej, których produkcja wiąże się z emisją gazów cieplarnianych. Co więcej, w przeciwieństwie do innych, konwencjonalnych plastików, polilaktyd ma zdolność do biodegradacji, która może zostać przeprowadzona np. z użyciem kompostownika. Obecne w nim bakterie, grzyby oraz inne mikroorganizmy są w stanie rozkładać struktury chemiczne filamentu, przekształcając je w prostsze związki organiczne. Temu procesowi towarzyszy brak negatywnego wpływu na środowisko. Warto jednak podkreślić, że aby filamenty PLA mogły ulec możliwie najefektywniejszemu rozkładowi, trzeba zapewnić odpowiednią temperaturę, wilgotność oraz obecność mikroorganizmów odpowiedzialnych za jego przebieg. W standardowych warunkach całkowita degradacja polilaktydu może zająć znacznie więcej czasu, co zależnie od sytuacji może zostać potraktowane jako zaleta bądź wada.

Istotną informacją z punktu widzenia drukowania 3D jest również moment przejścia pomiędzy dwoma najważniejszymi w tym kontekście stanami skupienia, czyli ciekłym i stałym. Temperatura topnienia, jaka cechuje filamenty PLA jest na tle innych stosunkowo niska, zazwyczaj mieszcząc się w granicach 160-220 stopni Celsjusza. Umożliwia to łatwą obróbkę termiczną z wykorzystywaniem wielu urządzeń drukujących, różniących się między sobą temperaturą formowania filamentu. Mimo to, zależnie od sytuacji, również i ta właściwość może być uznana za wadę bądź zaletę. O ile w znacznym stopniu zostaje ułatwione drukowanie różnorakich przedmiotów, tak wystawianie gotowych produktów na działanie wysokich temperatur może skutkować ich deformacjami. Odporność cieplna polilaktydu może jednak zostać zwiększona za pomocą procesów obróbki termicznej, takich jak krystalizacja czy recyrkulacja. Co więcej, tego typu filament ma jeszcze jedną zaletę związaną z jego niską temperatura topnienia, a jest nią niepalność zarówno jego samego, jak i wytworzonych zeń produktów.

Istotnym jest również fakt, iż filamenty PLA oferują właściwości mechaniczne porównywalne z tradycyjnymi plastikami wytwarzanymi na bazie ropy naftowej, takimi jak polipropylen czy polietylen. Mogą one jednak się od nich w pewnym stopniu różnić w związku z różnicami strukturalnymi na poziomie molekularnym. Z tego powodu polilaktyd cechuje się większą sztywnością i udarnością niż niektóre powszechnie używane tworzywa sztuczne, kosztem nieco mniejszej elastyczności. Postrzeganie tych właściwości, tak samo jak w przypadku poprzednich, również zależy od scenariusza, w jakim filamenty PLA są używane.

Do czego wykorzystywane są filamenty PLA?

Filamenty PLA i wytworzone z nich produkty, z racji swoich właściwości oraz zalet, są wykorzystywane w wielu różnorodnych branżach. Jedną z nich są trójwymiarowe techniki drukarskie. Łatwość przetwarzania, biodegradowalność, nietoksyczność oraz dostępność w różnych kolorach sprawia, że tego typu filamenty są przydatne nie tylko podczas tworzenia zarówno kosztowo efektywnych prototypów i kreatywnych projektów. Dzięki swoim właściwościom filamenty PLA są często używane również w ramach edukacyjnych projektów czy zajęć z obsługi sprzętu drukującego w 3D. Wykorzystuje się je również w branży artystycznej, tworząc spersonalizowane przedmioty codziennego użytku, rzeźby, biżuterię oraz dekoracje.

Filamenty oparte na polilaktydach, z racji naturalnego pochodzenia, nie stanowią zagrożenia przy kontakcie z żywnością, będąc ekologiczną alternatywą dla tradycyjnych plastików. Z tego powodu są powszechnie wykorzystywane w przemyśle spożywczym. Wytwarza się z nich biodegradowalne opakowania na żywność, jednorazowe naczynia czy sztućce. Ich wykorzystywanie również przyczynia się do redukcji odpadów plastikowych, dzięki możliwej biodegradacji. Polilaktyd może być również wykorzystywany do drukowania obudów do urządzeń elektrycznych, dzięki właściwościom izolacyjnym.

Jedną z najbardziej innowacyjnych dziedzin, w jakiej wykorzystywane są filamenty PLA w technologii drukowania 3D, jest medycyna. Polilaktyd, ze względu na typową dla niego łatwość przetwarzania termicznego i dostępność w różnych kolorach, często jest używany do drukowania trójwymiarowego dla celów medycznych. Do przykładów zaliczyć można: wydruki protetyczne, modele anatomiczne do celów edukacyjnych, czy nawet bardziej skomplikowane struktury, takie jak protezy.

Perspektywy i przyszłość

Aktualnie trwające prace nad syntezą PLA mają na celu nie tylko zwiększenie efektywności i wydajności procesu jego uzyskiwania, ale także dążą do rozwinięcia metod produkcji bardziej przyjaznych środowisku. Badacze starają się także zoptymalizować strukturę chemiczną polilaktydu celem uzyskania materiałów o jeszcze lepszych właściwościach. Przyszłość syntezy PLA obejmuje eksperymenty z nowymi rodzajami katalizatorów, zastosowanie bardziej zrównoważonych surowców, a także rozwój technologii biokatalizatorów, które mogą zastąpić tradycyjne metody oparte na katalizatorach metaloorganicznych.

Wnioski z tych badań mają potencjał nie tylko w kontekście zastosowań, jakie mają filamenty PLA w drukowaniu 3D czy produkcji opakowań, ale także jako katalizator do zrównoważonego rozwoju przemysłu polimerowego. W miarę postępu technologicznego można się spodziewać, że proces syntezy PLA stanie się bardziej efektywny, ekonomiczny i przyjazny dla środowiska, co przyczyni się do dalszego wzrostu zainteresowania oraz innymi możliwymi zastosowaniami.