A legnépszerűbb 3D nyomtatási anyag, a PLA, állítólag biológiailag lebomlik.
A PLA néven ismert politejsav egy hőre lágyuló műanyag, és a legjobban hasznosított 3D nyomtatási szál. Az FDM 3D nyomtatás legnépszerűbb anyaga a könnyű felhasználhatóságáról ismert, viszonylag alacsony, 180 °C körüli extrudálási hőmérsékletet igényel, és nincs minimális ágyhőmérséklete.
A PLA emellett bioműanyagnaknak is számít, ami azt jelenti, hogy olyan műanyag, amely megújuló anyagokból készül, és amelynek biológiailag lebomlónak kell lennie. Bár a PLA előállítási módja egyértelműen különbözik a legtöbb más műanyagtól, a biológiai lebonthatósága gyakran vitatott téma.
A PLA-t bioműanyagnak tekintik, mivel megújuló biomassza termékekből származó anyagokból állítják elő. Ez azt jelenti, hogy tejsavegységekből áll, amelyek kis szerves savak, hasonlóak azokhoz, amelyek számos olyan élelmiszerben megtalálhatóak, amelyekkel nap mint nap találkozunk - gondoljunk csak a kovászos kenyérre, a joghurtra, a szójaszószra és természetesen a kukoricára. Valójában bármi, amiben glükóz van, elméletileg tejsavmolekulákká alakítható.
Ezek a tejsavegységek képezik a PLA műanyag alapját, és ezeknek köszönhetőek a PLA általános mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, de sok más hasznos nyomtatási tulajdonsággal is. A PLA-ban lévő tejsav például alacsony kristályossággal rendelkezik, ami alacsony üvegesedési hőmérsékletet eredményez.
Többek között ez az alacsony üvegesedési hőmérséklet teszi a PLA alkatrészeket könnyen olvaszthatóvá és manipulálhatóvá, ezért könnyen 3D nyomtatható. Ugyanakkor ez az alacsony üvegesedési átmenet értéke az oka annak is, hogy a PLA-alkatrészek viszonylag gyengébben viselik el a környezeti hőmérsékleteket.
Más gyakori 3D nyomtatási anyagok, mint például a PETG és az ABS (kőolaj alapú műanyag) általában nagyobb szilárdságúak, de nehezebb nyomtatni őket. Ez azért van, mert ezek nem a PLA tejsav egységeinek megfelelő molekulákból állnak, polimerjeik általában nagyobb kristályosságúak. Ez a magasabb kristályosság magasabb üvegesedési hőmérsékletet okoz, ami erősebbé, de nehezebben nyomtathatóvá teszi őket.
Sok PLA-szál más kémiai összetevőket és anyagokat, úgynevezett adalékanyagokat is tartalmaz. Az adalékanyagok felhígítják a PLA "tisztaságát", de cserébe praktikusabbá teszik az anyagot a 3D nyomtatáshoz vagy más célokra.
A műanyaggyártó iparban sokféle adalékanyagot használnak, és mindegyiknek egyedi összetétele és célja van. A műanyaggyártók jellemzően különböző adalékanyag keverékeket alkalmaznak egy alapanyag, például a PLA mellé. Ezek a keverékek többek között az anyagtulajdonságok, a nyomtatási teljesítmény és a szín eltéréseit is figyelembe veszik (a PLA természeténél fogva tiszta, tejszerű színű).
A legtöbb PLA+ szál például erősebbnek hivatott lenni, mint a hagyományos PLA szálak, és ezt a gyártók ütésmódosító adalékanyagok használatával érik el. Az ilyen típusú adalékok kifejezetten arra szolgálnak, hogy a műanyag kevésbé törékennyé és ütésállóbbá váljon.
Bár a PLA műanyag olyan bioplasztik lehet, amelyet olyan növényekből állítanak elő, amelyeket a háztáji kertben is termeszthetsz, a PLA gyártási folyamatának számos lépése van. Ez azt jelenti, hogy csak azok az emberek képesek igazán elkészíteni, akik professzionális felszereléssel rendelkeznek, akik hozzáférnek a szükséges gépekhez. Ebben a részben áttekintjük a PLA műanyag, pontosabban a PLA-filament gyártási folyamatát.
Az első lépés a PLA alapanyagainak beszerzése. Mint már említettük, a PLA tejsavakból áll, amelyeket glükózt tartalmazó szervezetekből és növényekből nyerhetünk. A kukorica az egyik leggyakrabban használt növény a PLA-szálakhoz szükséges tejsavak előállítására, mivel megfelelő mennyiségű glükózt tartalmaz.
A kukoricából történő tejsavkivonáshoz a növényt nedves őrlésnek nevezett eljárásnak vetik alá, amely a szervezetből kinyerik a keményítőt. Ezután a keményítőt más vegyi anyagokkal kombinálják és hevítik, hogy izolálják a benne lévő cukrokat. Miután ez megtörtént, a glükóz erjesztésre kerül, hogy tejsav monomerekhez jusson.
A tejsavakat két speciális folyamat egyikén keresztül használják fel a PLA műanyag előállítására: polimerizációval, ami a gyakoribb, vagy kondenzációval. Ezek a folyamatok kémiai segédanyagok és hő segítségével kötik össze a tejsavmolekulákat, amelyekből viszont PLA műanyag keletkezik.
Elméletileg a PLA műanyag megújuló bioműanyag, mivel megújuló növények tejsavából származik. Ezek a növények azonban csak a kiindulópontot jelentik a PLA műanyag előállításához; számos adalékanyagot és intenzív folyamatot is felhasználnak. Így, míg a PLA termékben lévő PLA biológiailag lebomlónak tekinthető, az adalékanyagok, például a hatásmódosítók kevésbé vagy egyáltalán nem biológiailag lebomlóak.
Az anyag lebomlási ideje függ a kristályosságától, a két szempont között közvetlen összefüggés van. Minél alacsonyabb az anyag kristályossága, annál könnyebben bontják le kémiailag az anyagot a biológiai lebomlásért felelős mikroorganizmusok. Mint említettük, a PLA kristályossága más, különösen a kőolaj alapú műanyagokkal összehasonlítva meglehetősen alacsony. Ha azonban magasabb kristályosságú adalékanyagokat keverünk bele, a végtermék biológiai lebonthatósága romlik, és tovább tart a lebomlás.
Ezen felül számos mesterséges és természetellenes folyamat zajlik egy PLA termék előállítása során, beleértve az erjesztést, a polimerizációt vagy kondenzációt, valamint a kémiai segédanyagok használatát. Ezek a folyamatok kémiailag befolyásolhatják bizonyos összetevők biológiai lebonthatóságát, ami ismét árt a PLA termék környezetbarát jellegének. A polimerizáció például növeli a polimerek kristályosságát, így az anyag lebomlása hosszabb időt vesz igénybe.
Végső soron, bár úgy tűnhet, hogy a PLA-nak biológiailag lebonthatónak kell lennie, mivel növényekből készül, figyelembe kell venni a többi gyártási anyag és folyamat biológiai lebonthatóságát.
A biológiailag lebomlónak tartott anyagokkal kapcsolatos gyakori hiedelemmel ellentétben a PLA több száz évig is eltarthat, amíg lebomlik egy olyan környezetben, mint egy komposztáló vagy egy hulladéklerakó.
Sőt, ha egy PLA-alkatrészt évekig kint hagyunk, az valószínűleg semmilyen hatással nem lesz a műanyag összetételére. Végül is fontos megjegyezni, hogy a PLA még mindig műanyag, és minden műanyag, beleértve az eredetileg növényekből származó bioműanyagokat is, nem bomlik le könnyen. Van azonban mód ennek felgyorsítására: speciális, ipari minőségű létesítményekben a megfelelő feltételeket tudják biztosítani.
A PLA hatékony biológiai lebontásának lényegében egyetlen módja az egyedi, ellenőrzött környezetben való hatékony lebontás. Két fő feltételnek kell teljesülnie ahhoz, hogy ez a környezet létrejöjjön, és ezek általában ipari minőségű berendezések és létesítmények használatát igénylik.
Megjegyzendő, hogy a PLA megolvasztása nem járul hozzá közvetlenül a lebomlásához; egyszerűen csak a szükséges biológiai és kémiai folyamatokhoz szükséges. A mikrobák például csak 30 °C feletti hőmérsékleten kezdik el lebontani a PLA-t.
Végül pedig fontos, hogy a PLA-alkatrészek biológiai lebontása nedves környezetben történjen. Amint azt egy tanulmányban felfedezték, a megnövekedett páratartalom a hidrolízis, azaz az anyag kémiai lebomlásának megnövekedett üteméhez vezet.
Tehát a PLA biológiailag lebomló? Nem igazán. Hacsak nem küldöd PLA alkatrészeidet ipari komposztáló létesítményekbe, akkor valószínűleg még évszázadokig ott fognak ülni ABS és PETG társaik mellett.
Bár a PLA technikailag vitathatatlanul biológiailag lebomló, gyakorlatilag nem az. Ugyanakkor az, hogy a PLA mennyire biológiailag lebomló, részben a te szemszögedtől is függ.
Ha a PLA-t egy eperhez hasonlítjuk, akkor a bioműanyag egyértelműen sokkal rosszabb: az olyan természetes gyümölcsök, mint az eper, általában nem több mint egy hét alatt teljesen lebomlanak és visszatérnek a környezetbe. Másrészt a PLA biológiai lebonthatósága jónak tűnhet más műanyagokhoz, például az ABS-hez vagy a műanyag zacskókban használt műanyagokhoz képest.
A legtöbb más műanyag, beleértve az ABS-t is, kőolaj alapú, vagyis olajból készül. Az ABS-nek és a hasonló műanyagoknak, például a műanyag zacskókban használt műanyagoknak legalább több száz évbe telik, mire természetes úton lebomlanak. Mivel nem természetes anyagokból állnak, a mikroorganizmusok számára nehezebb lebontani őket, és még ha lebomlanak is, a kőolajalapú műanyagok továbbra is károsítják a környezetet. Ebből a szempontból a PLA talán környezetbarátabb választásnak tekinthető, ami a szálakat illeti.
3D nyomtatáshoz látogass el a bérnyomtatás vagy a prototípusgyártás oldalra.