PLA를 녹여 재사용 할 수 있습니까?

3D 프린팅을 집중적으로 진행하면 PLA 폐기물이 빠르게 쌓입니다. 실패한 출력물, 서포트, 사용하지 않은 필라멘트 끝부분 등이 그 예입니다. 이 소재를 그냥 녹여서 재사용할 수 있을까요? PLA는 이론적으로는 녹일 수 있지만, 실질적인 한계로 인해 품질과 사용성에 영향을 미칩니다. 이 블로그에서는 PLA의 특성, 재사용 방법, 발생할 수 있는 문제, 그리고 프로젝트에서 PLA를 사용할 때 고려해야 할 사항들을 설명합니다.

PLA의 구성: PLA의 특성이 재사용에 미치는 영향

PLA의 고유한 특성은 PLA를 재사용하는 데 있어 핵심적인 과제입니다. PLA의 용융 및 재형성을 복잡하게 만드는 주요 재료 특성을 살펴보겠습니다.

PLA는 열가소성 플라스틱입니다

PLA는 열가소성 플라스틱입니다. 이 플라스틱은 가열하면 부드러워지고 성형이 가능해지고, 냉각하면 굳어지는데, 이러한 사이클을 반복할 수 있습니다. 이러한 특성 때문에 PLA 재활용이 가능한 것으로 보입니다. PLA의 두 가지 중요 온도는 다음과 같습니다.

• 유리 전이 온도(T_g ): 이 온도는 약 60~65°C입니다. 이 온도에서 PLA는 단단하고 부서지기 쉬운 상태에서 더 부드럽고 고무 같은 상태로 변합니다. 아직 녹지는 않았지만 훨씬 더 유연해집니다.
• 녹는점(T_중 ): 일반적으로 150~180°C입니다. 정확한 온도는 PLA의 특정 제조법, 제조업체에서 사용하는 색소 또는 기타 첨가제, 그리고 이전에 가열되었는지 여부에 따라 달라질 수 있습니다. PLA는 이 온도에 도달하면 걸쭉한 액체가 되어 모양을 만들거나 노즐을 통해 밀어낼 수 있습니다. 3D 프린터.

핵심 문제: 열 분해

열 분해는 PLA 재사용의 주요 장애물입니다. PLA가 녹을 때마다 강도의 원천인 긴 화학 사슬이 끊어지기 시작할 수 있습니다. 열, 산소, 그리고 습기는 이 과정을 가속화합니다. 이러한 분해는 재료에 여러 가지 바람직하지 않은 영향을 미칩니다.

• 약한 재료: PLA는 강도가 떨어지고 더 잘 부러집니다. 재활용 PLA는 일반적으로 순수 PLA보다 더 쉽게 파손됩니다.
• 변경된 흐름: PLA의 용융 점도(두께)가 변하면 노즐을 통한 압출이 일정하게 이루어지지 않아 새 필라멘트의 균일성이나 금형 충진에 영향을 줄 수 있습니다.
• 색상 변경: PLA를 재가열하면, 특히 과열되거나 오염된 경우, 색상이 어두워지거나 노랗게 변하는 경우가 많습니다. 투명 PLA는 흐릿해지고, 유색 PLA는 칙칙하고 흐릿한 색상으로 변할 수 있습니다.
• 연기 증가: 분해된 PLA는 휘발성 유기 화합물(VOC)을 더 많이 방출할 수 있습니다. 이러한 가스는 불쾌하고 자극적일 수 있습니다.

PLA는 수분을 흡수합니다. 이것이 문제인 이유

PLA는 흡습성이 있어 공기 중의 수분을 쉽게 흡수합니다. 이는 용융 과정에서 심각한 문제를 야기합니다. 습한 PLA를 가열하면 물이 증기가 됩니다. 중요한 것은 용융 온도에서 이 물이 가수분해를 통해 PLA와 반응할 수 있다는 것입니다. 이러한 화학 반응은 PLA의 고분자 사슬을 더욱 단축시켜 강도를 저하시킵니다. 또한 재용융된 플라스틱에 기포와 공극을 발생시켜 인쇄 품질 저하 또는 제품 불량을 초래할 수 있습니다.

PLA를 녹여 재사용할 수 있나요?

기술적으로는 그렇습니다. 녹여서 재사용할 수 있습니다. 하지만 실제로는 스크랩을 고품질의 새 필라멘트나 유용한 제품으로 재활용하는 데 있어 최종 제품의 품질과 전반적인 실현 가능성에 영향을 미치는 여러 가지 문제가 있습니다. 이를 시도하는 데에는 간단한 방법부터 장비 기반 방법까지 다양한 방법이 있습니다. 각 방법은 고유한 용도, 이점, 그리고 중요한 단점을 가지고 있습니다.

옵션 1: 직접 열과 간단한 금형을 사용하여 PLA 스크랩을 재형성합니다.

PLA를 재사용하는 이 간단한 방법에는 최소한의 특수 장비만 필요합니다.

프로세스: PLA 스크랩은 토스터 오븐(오염 위험으로 인해 식품용으로는 권장하지 않음), 히트건 또는 핫플레이트를 사용하여 부드러워질 때까지 가열합니다. 내열 장갑은 필수입니다. 부드러워진 PLA는 손으로 모양을 만들고 간단한 틀에 넣어 압착할 수 있습니다.e.g., 실리콘 베이킹 몰드), 또는 더 밀도가 높은 블록으로 압축됩니다.

응용 프로그램: 주로 작은 장식품, 공예품의 기본 틀, PLA 폐기물 압축에 사용됩니다.

장점: 비용이 저렴하고 절차가 간단합니다.

단점: 온도 조절이 어려우면 PLA가 과열되거나 타서 다량의 연기가 발생하고 결과물이 고르지 않을 수 있습니다. 연기 발생으로 인해 환기가 매우 중요합니다. 새로운 제품을 만드는 데는 적합하지 않습니다. 3D 프린팅 필라멘트.

옵션 2: 세척 및 분쇄된 PLA 스크랩에서 새 필라멘트 압출

이 접근 방식은 PLA 폐기물을 사용 가능한 3D 프린팅 필라멘트로 직접 전환하는 것을 목표로 합니다.

프로세스:

• 폐기물을 철저히 청소하여 먼지와 기름을 제거합니다.
• 폐기물을 작고 균일한 조각으로 분쇄하거나 갈아내는 작업입니다.
• 조각들을 광범위하게 건조합니다(종종 필라멘트 건조기나 조절 오븐에서 몇 시간 동안).
• 건조된 PLA를 데스크탑 필라멘트 압출기에 공급하면 PLA가 녹고 혼합되어 스풀에 새로운 필라멘트로 압출됩니다.

주요 목표/응용 프로그램: PLA 스크랩을 이용해 새롭고 사용 가능한 3D 프린터 필라멘트를 생산합니다.

장점: 이 기술의 매력은 '폐쇄형' 시스템으로, 폐기물을 다시 사용 가능한 소재로 전환하여 시간이 지남에 따라 폐기물과 필라멘트 비용을 줄일 수 있다는 것입니다.

단점: 중요한 과제는 다음과 같습니다.

• 분쇄기와 필라멘트 압출기의 초기 비용이 높습니다.
• 시간이 많이 걸리고 노동 집약적인 과정(세척, 분쇄, 건조, 압출).
• 인쇄 품질에 중요한 필라멘트 직경과 원형도를 일관되게 유지하기 어려워 프린터 걸림이나 인쇄 불량으로 이어지는 경우가 많습니다.
• 필라멘트가 약해지는 불가피한 열적 저하가 발생합니다.
• 오염(먼지, 다른 플라스틱) 및 흐릿한 색상(일반적으로 혼합 시 탁한 갈색/회색)의 위험이 높습니다.

옵션 3: 데스크탑 PLA 사출 성형을 통해 소형 솔리드 객체 생성

가공된 PLA는 소형 데스크톱 사출 성형 기계에도 사용할 수 있습니다.

프로세스: 완전히 잘게 분쇄되고 건조된 PLA를 소형 사출 성형기에 넣고, 이 기계가 가열하여 용융 플라스틱을 압력 하에 금형에 주입합니다.

응용 프로그램: 소형의 견고한 부품의 여러 사본을 생산하는 데 적합합니다.e.g최대 강도가 ​​중요하지 않은 경우(., 브래킷, 손잡이, 케이싱)

장점: 좋은 금형과 올바른 설정을 사용하면 상당히 일관된 부품을 생산할 수 있습니다.

단점: 데스크톱 사출 성형기는 비용이 많이 들고, 고품질 금형 제작에도 기술이 필요합니다. 형상의 복잡성은 3D 프린팅에 비해 제한적인 경우가 많습니다.

PLA 폐기물의 산업적 규모 재활용

PLA는 생물 기반 원료임에도 불구하고, 3D 프린트에서 추출한 PLA를 대규모로 전담 재활용하는 것은 흔하지 않습니다. 일부 PLA는 산업용 퇴비화 인증을 받았지만, 이를 위해서는 전문 시설을 이용해야 하며 모든 PLA가 자격을 갖춘 것은 아닙니다. 일반적인 재활용 센터에서는 혼합되고 종종 오염된 PLA 3D 프린트를 수거, 분류 및 세척하는 과정이 너무 복잡하고 비용이 많이 든다고 판단합니다.

PLA 재사용 시 주요 과제

PLA를 녹여 재사용하는 것은 일반적으로 심각하고 종종 실망스러운 문제를 야기합니다. 이러한 문제는 거의 항상 최종 제품의 품질을 저하시킵니다.

1.강도 감소 및 취성 증가(열 분해)

앞서 언급했듯이 열 분해는 주요 장애물입니다. 용융 사이클이 반복될 때마다 PLA의 내부 구조가 약해집니다. 결과적으로, 재사용된 PLA는 거의 예외 없이 신소재보다 취성이 더 강하고 강도가 약하여, 아무리 주의를 기울여도 내구성 있는 부품으로 사용하기에 적합하지 않습니다.

2. 오염 위험 높음(먼지, 색소, 기타 플라스틱)

재활용 PLA는 다양한 형태의 오염에 매우 취약합니다.

• 먼지와 기름: 먼지, 취급 시 발생하는 오염물 또는 피부 오일이 녹은 PLA와 섞여 결함을 유발할 수 있습니다. 노즐 막힘, 또는 최종 제품의 약점.
• 혼합 색상: 다양한 PLA 색상을 결합하면 일반적으로 탁하고 예측할 수 없는 색조가 나타납니다.e.g., 갈색, 짙은 회색). 섞인 조각에서 밝고 깨끗한 색상을 얻는 것은 거의 불가능합니다.
• 플라스틱 간 오염: 다른 플라스틱과의 우발적 혼합(e.gABS, PETG)는 용융 온도 차이와 비호환성으로 인해 심각한 문제를 야기합니다. 그 결과 덩어리 형성, 접착 불량, 과도한 연기 발생, 그리고 장비 손상 가능성이 있습니다.

3. 재활용 재료의 예측 불가능한 품질 및 성능

재료 분해와 오염이 합쳐져 매우 일관성이 없는 재활용 PLA가 생산됩니다.

• 재활용 필라멘트 결함: 재활용 PLA 필라멘트는 직경이 일정하지 않거나, 원형이 아니거나, 취성이 심하거나, 용융 흐름이 좋지 않은 경우가 많습니다. 이러한 결함은 노즐 막힘, 과소/과다 압출, 층 접착력 저하와 같은 인쇄 문제의 직접적인 원인이 됩니다.
• 인쇄 실패 증가: 재활용 PLA의 신뢰성 부족으로 인해 인쇄 실패율이 높아지는 경우가 많습니다. 이는 잠재적인 재료 절감 효과를 무산시키고, 이로 인해 좌절감과 낭비가 증가할 수 있습니다.

4. 연기 배출 증가 및 관련 안전 위험

모든 PLA 가열 과정에서 휘발성 유기 화합물(VOC)이 방출됩니다. 분해되거나 오염된 PLA를 여러 번 재가열하면 방출되는 연기의 양과 종류가 더욱 악화될 수 있습니다.

• 환기 부족: 용융 중 환기가 부족하면 VOC가 농축되어 흡입 시 잠재적으로 건강상의 위험을 초래할 수 있습니다.
• 노출 위험: 적절한 호흡 보호 장비 없이 이러한 높아진 연기 농도에 장기간 또는 정기적으로 노출되면 자극이나 기타 건강 문제가 발생할 수 있습니다.

5. 상당한 투자: 시간, 노력 및 재정적 비용

PLA 재활용에 필요한 시간, 노력, 재정적 지출은 대부분 취미인들에게는 그로 인한 이점보다 더 큰 경우가 많습니다.

• 상당한 시간 투자: 세척, 분류, 분쇄, 건조, 그리고 조심스럽게 압출이나 성형하는 등 여러 단계로 이루어진 전체 과정은 엄청나게 시간이 많이 걸립니다.
• 장비 투자: 고품질 분쇄기, 안정적인 필라멘트 압출기, 그리고 적절한 필라멘트 건조기는 상당한 비용을 필요로 하며, 종종 새 고품질 PLA 스풀 여러 개를 구매하는 비용을 초과합니다. 재활용 PLA의 낮은 품질과 높은 인쇄 실패율을 고려하면 실제 비용 절감 효과는 미미하거나 전혀 없는 경우가 많습니다.

6. 필수적이고 시간이 많이 소요되는 PLA 건조

PLA는 흡습성이 있어 습기를 쉽게 흡수하므로 녹이기 전에 철저하고 세심한 건조가 필요합니다. 건조는 재사용 과정에 또 다른 긴 단계를 추가합니다. PLA 파쇄물은 일반적으로 조절된 저온(약 40~50°C)에서 몇 시간 동안 건조해야 합니다.실패 건조 PLA 적절하게 용융하는 동안 거품과 증기와 같은 심각한 문제를 일으키고 재료의 저하를 가속화하며, 이는 모두 재사용되는 재료의 품질에 심각한 영향을 미칩니다.

PLA 폐기물 녹이기의 대안

PLA를 다시 녹이는 어려운 과정을 거치는 대신, PLA 스크랩과 실패한 인쇄물을 활용할 수 있는 실용적이고 창의적인 방법이 많이 있습니다.

창의적인 업사이클링:

실패한 프린트, 래프트, 지지대는 모자이크와 같은 미술 작품이나 조각품의 일부로 사용할 수 있습니다. 작은 조각들은 레진 주형의 흥미로운 필러로 사용하거나 다른 공예품에 독특한 질감을 더하는 데 사용할 수 있습니다.

PLA 조각 결합:

PLA 필라멘트가 있는 3D 프린팅 펜을 사용하면 PLA 조각들을 "용접"하거나, 출력물의 균열을 수정하거나, 작은 조각들을 더 큰 조각으로 결합할 수 있습니다. 플라스틱 프라이머와 함께 사용하는 초강력 접착제(시아노아크릴레이트)나 특수 플라스틱 에폭시와 같은 특정 플라스틱용 접착제도 PLA 조각들을 접착하는 데 효과적입니다.

전문 재활용 서비스(가능한 경우):

흔하지는 않지만, 일부 지역 워크숍, 메이커스페이스, 또는 전문 회사에서 PLA 폐기물 수거 및 재활용 서비스를 제공할 수 있습니다. 지역에서 어떤 서비스를 이용할 수 있는지 확인해 보실 수 있지만, 너무 기대하지 마세요.

산업용 퇴비화(인증된 PLA용):

PLA가 산업용 퇴비화에 적합하다는 특별 인증을 받았고(EN 13432 또는 ASTM D6400 등의 표준을 충족하는 경우), 거주 지역에 PLA를 수용하는 산업용 또는 시립 퇴비화 시설을 이용할 수 있다면, 이것이 더 나은 친환경적인 처리 방법입니다. 하지만 대부분의 PLA는 일반 가정용 퇴비통에서는 퇴비화되지 않습니다.

PLA 폐기물을 현명하게 처리하세요!

PLA를 녹이는 것은 가능하지만, 실제로는 큰 난관이 따릅니다. 재료의 열화, 품질 문제, 그리고 시간과 장비 투자는 일반 취미 작가에게는 큰 도움이 되지 않습니다. 어려운 재활용 방법을 찾기보다는 인쇄물을 간소화하고, 찌꺼기를 창의적으로 업사이클링하거나, 인증된 PLA를 위한 지역 퇴비화를 찾는 등 폐기물을 줄이기 위해 최선을 다하십시오. 실망스러운 결과를 약속하는 것보다는 자신에게 맞는 실용적인 해결책을 선택하십시오.