Можете ли вы растопить PLA и повторно использовать его?

При интенсивной 3D-печати отходы PLA быстро накапливаются, например, бракованные отпечатки, подложки и остатки неиспользованных нитей. Можно ли просто расплавить этот материал и использовать его повторно? Хотя теоретически PLA можно переплавить, практические ограничения влияют на качество и удобство использования. В этой статье мы расскажем о природе PLA, способах его повторного использования, проблемах, с которыми вы столкнетесь, и о повседневных рекомендациях по его использованию в ваших проектах.

Состав PLA: как его свойства влияют на повторное использование

Свойства PLA играют ключевую роль в решении задач его повторного использования. Давайте рассмотрим ключевые особенности материала, которые усложняют плавку и переработку PLA.

PLA — это термопластик

PLA — это термопластик. Этот тип пластика становится мягким и пластичным при нагревании и затвердевает при охлаждении — этот цикл может повторяться. Эта особенность объясняет возможность переработки PLA. Две критические температуры для PLA:

• Температура стеклования (T_г ): Это примерно 60–65 °C. При этой температуре PLA переходит из твёрдого и хрупкого состояния в более мягкое, эластичное. Он ещё не расплавлен, но становится гораздо более гибким.
• Температура плавления (T_м ): Обычно она составляет 150–180 °C. Точная температура может меняться в зависимости от формулы PLA, красителей или других добавок, используемых производителем, а также от того, подвергался ли он предварительному нагреву. Когда PLA достигает этой температуры, он превращается в густую жидкость, которую можно формовать или продавливать через сопло, как в 3D-принтер.

Ключевая проблема: термическая деградация

Термическая деградация является основным препятствием для повторного использования PLA. Каждый раз при плавлении PLA его длинные химические цепи, обеспечивающие прочность, могут начать разрушаться. Тепло, кислород и влага ускоряют этот процесс. Это разрушение приводит к ряду нежелательных последствий для материала:

• Более слабый материал: ПЛА-пластик теряет прочность и становится более хрупким. Переработанный ПЛА-пластик обычно ломается легче, чем первичный.
• Измененный поток: Деградация изменяет вязкость (густоту) расплава PLA. Это может препятствовать равномерной экструзии через сопло, влияя на равномерность подачи нового филамента или заполнение формы.
• Изменения цвета: Повторный нагрев PLA, особенно перегретого или загрязнённого, часто приводит к его потемнению или пожелтению. Прозрачный PLA может помутнеть, а цветной — приобрести тусклый, мутный оттенок.
• Повышенное выделение паров: Разложившийся полилактид может выделять больше летучих органических соединений (ЛОС). Эти испарения могут быть неприятными и потенциально раздражающими.

PLA впитывает влагу: почему это проблема

PLA гигроскопичен, то есть легко впитывает влагу из воздуха. Это представляет серьёзную проблему при плавлении. При нагревании влажного PLA вода превращается в пар. Важно отметить, что при температурах плавления эта вода может вступать в реакцию с PLA посредством гидролиза. Эта химическая реакция ещё больше укорачивает полимерные цепи PLA, снижая его прочность. Это также может привести к образованию пузырьков и пустот в переплавленном пластике, что приводит к низкому качеству печати или появлению дефектов в готовых изделиях.

Можно ли расплавить PLA и использовать его повторно?

Технически да, его можно переплавить и использовать повторно. Однако на практике переработка отходов в высококачественную новую нить или полезные продукты сопряжена с проблемами, влияющими на качество конечного продукта и общую технологичность. Существует несколько методов для этого, от простых до аппаратных. Каждый из них имеет свои особенности применения, преимущества и существенные недостатки.

Вариант 1: Формование отходов PLA с помощью прямого нагрева и простых форм

Этот простой метод повторного использования PLA требует минимального специализированного оборудования.

Процесс: Обрезки PLA нагреваются в тостере (не рекомендуется использовать в пищу из-за риска загрязнения), термофене или на плите до размягчения. Обязательно наденьте термостойкие перчатки. Размягченный PLA можно затем вручную формовать, прессуя в простые формы (e.g., силиконовые формы для выпечки), или уплотненные в более плотные блоки.

Приложения: В основном используется для небольших декоративных изделий, базовых форм для поделок или прессования отходов PLA.

Преимущества: Низкая стоимость и простота процедуры.

Недостатки: Сложность контроля температуры может легко привести к перегреву или возгоранию PLA, что приводит к образованию значительного количества паров и неравномерному результату. Хорошая вентиляция крайне важна из-за испарений. Не подходит для создания новых нить для 3D-печати.

Вариант 2: Экструдирование новой нити из очищенных и измельченных отходов PLA

Целью этого подхода является прямая переработка отходов PLA в пригодную для использования нить для 3D-печати.

Процесс:

• Тщательная очистка отходов от пыли и масел.
• Измельчение или измельчение отходов на небольшие однородные кусочки.
• Длительная сушка деталей (часто в течение нескольких часов в филаментной сушилке или контролируемой печи).
• Подача высушенного PLA в настольный экструдер для нитей, который расплавляет, смешивает и выдавливает его в качестве новой нити на катушку.

Основная цель/применение: Для производства новой, пригодной к использованию нити для 3D-принтеров из отходов PLA.

Преимущества: Привлекательность заключается в «замкнутой» системе, преобразующей отходы обратно в пригодный к использованию материал, что со временем может привести к сокращению затрат на отходы и нить.

Недостатки: К числу существенных проблем относятся:

• Высокие первоначальные затраты на измельчитель и экструдер для нитей.
• Долго и трудоемкий процесс (очистка, измельчение, сушка, экструдирование).
• Сложность обеспечения постоянного диаметра и округлости нити, что критически важно для качества печати, часто приводит к застреванию бумаги в принтере или низкому качеству печати.
• Неизбежная термическая деградация, приводящая к ослаблению нити накаливания.
• Высокий риск загрязнения (грязью, другими пластиками) и смешивания цветов (обычно мутно-коричневого/серого при смешивании).

Вариант 3: Создание небольших твердых объектов с помощью литья под давлением PLA-пластика на рабочем столе

Переработанный PLA также может использоваться в небольших настольных литьевых машинах.

Процесс: Измельченный и тщательно высушенный PLA подается в небольшую литьевую машину, которая нагревает и впрыскивает расплавленный пластик в форму под давлением.

Приложения: Подходит для изготовления нескольких копий небольших цельных деталей (e.g., кронштейны, ручки, кожухи), где максимальная прочность не имеет решающего значения.

Преимущества: Возможность изготовления достаточно однородных деталей с использованием хороших форм и правильных настроек.

Недостатки: Настольные литьевые машины стоят дорого, как и создание качественных форм, что также требует навыков. Сложность форм зачастую ниже, чем при 3D-печати.

Промышленная переработка отходов PLA

Несмотря на биологическое происхождение, крупномасштабная специализированная переработка PLA, полученного с 3D-печати, встречается редко. Хотя некоторые виды PLA сертифицированы для промышленного компостирования, для этого требуется доступ к специализированным предприятиям, и не все виды PLA соответствуют требованиям. Стандартные центры переработки обычно считают сбор, сортировку и очистку смешанных, часто загрязненных, PLA 3D-печатей слишком сложными и дорогостоящими, чтобы быть рентабельными.

Основные проблемы при повторном использовании PLA

Плавка и повторное использование PLA обычно сопряжены со значительными и зачастую неприятными проблемами. Эти проблемы почти всегда негативно сказываются на качестве конечного продукта.

1.Снижение прочности и повышение хрупкости (термическая деградация)

Как уже отмечалось, термическая деградация является основным препятствием. Каждый цикл плавления ослабляет внутреннюю структуру PLA. Следовательно, повторно используемый PLA практически всегда более хрупкий и менее прочный, чем первичный материал, что делает его непригодным для изготовления долговечных деталей, независимо от того, насколько тщательно он обрабатывается в домашних условиях.

2. Высокий риск загрязнения (грязь, красители, другие пластмассы)

Переработанный PLA очень восприимчив к различным формам загрязнения:

• Грязь и масла: Пыль, грязь от работы или кожный жир могут смешаться с расплавленным PLA, вызывая дефекты. засорение соплаили слабые места в конечном продукте.
• Смешанные цвета: Сочетание разных цветов PLA обычно приводит к мутному, непредсказуемому оттенку (e.g., коричневый, темно-серый). Добиться ярких, чистых цветов из смешанных обрезков практически невозможно.
• Перекрестное загрязнение пластиком: Случайное смешивание с другими пластиками (e.g., ABS, PETG) вызывает серьёзные проблемы из-за разницы температур плавления и несовместимости. В результате образуются комки, плохое сцепление, чрезмерное выделение паров и возможно повреждение оборудования.

3. Непредсказуемое качество и эксплуатационные характеристики переработанного материала

Деградация материала и загрязнение приводят к получению крайне нестабильного переработанного ПЛА.

• Дефекты переработанной нити: Переработанный PLA-филамент часто имеет нестабильный диаметр, некруглую форму, чрезмерную хрупкость или низкую текучесть расплава. Эти дефекты напрямую приводят к проблемам печати, таким как засорение сопла, недоэкструзия или переэкструзия, а также плохая адгезия слоёв.
• Увеличение количества сбоев печати: Ненадёжность, присущая переработанному PLA, часто приводит к увеличению количества бракованных отпечатков. Это может свести на нет любую потенциальную экономию материала и привести к увеличению количества разочарований и отходов.

4. Увеличение выбросов дыма и связанные с этим риски безопасности

Нагрев любого PLA приводит к выделению летучих органических соединений (ЛОС). Многократный повторный нагрев деградировавшего или загрязнённого PLA может увеличить количество и характер выделяемых паров.

• Недостатки вентиляции: Недостаточная вентиляция во время плавки способствует концентрации ЛОС, что создает потенциальную опасность для здоровья при вдыхании.
• Опасности воздействия: Длительное или регулярное воздействие повышенных концентраций паров, особенно без надлежащей защиты органов дыхания, может привести к раздражению или другим проблемам со здоровьем.

5. Значительные инвестиции: время, усилия и финансовые затраты

Для большинства любителей затраты времени, усилий и финансов на переработку PLA часто перевешивают выгоды.

• Значительные временные затраты: Весь многоэтапный процесс — очистка, сортировка, измельчение, сушка, а затем аккуратное прессование или формование — отнимает чрезвычайно много времени.
• Инвестиции в оборудование: Качественные шредеры, надёжные экструдеры для нити и надёжные сушилки для нити требуют значительных затрат, зачастую превышающих стоимость многих катушек нового качественного PLA. Учитывая более низкое качество и более высокую вероятность брака при печати из переработанного PLA, реальная экономия зачастую минимальна или отсутствует вовсе.

6. Обязательная и трудоемкая сушка PLA

Гигроскопичность PLA означает, что он легко впитывает влагу, поэтому перед любой попыткой расплавить его необходимо тщательно и осторожно просушить. Сушка добавляет ещё один длительный этап в процесс повторного использования. Для сушки фрагментов PLA обычно требуется несколько часов при контролируемой низкой температуре (около 40–50 °C).Неспособность сухой PLA как правило, приводит к серьезным проблемам во время плавления, таким как образование пузырей и пара, а также ускоряет деградацию материала, что серьезно влияет на качество повторно используемого материала.

Альтернативы плавлению отходов PLA

Вместо того чтобы проходить сложный процесс переплавки PLA, зачастую можно найти более практичные и креативные вещи, которые можно сделать из отходов PLA и неудачных распечаток.

Творческий апсайклинг:

Неудачные отпечатки, плоты и подложки можно использовать в художественных проектах, например, в мозаике, или в качестве деталей скульптур. Небольшие обрезки можно использовать в качестве интересного наполнителя при литье из смолы или для создания уникальных текстур в других видах творчества.

Присоединение частей PLA:

С помощью 3D-ручки с PLA-пластиком можно «сваривать» детали из PLA, устранять трещины в отпечатках или объединять мелкие детали в более крупные. Некоторые клеи для пластика, например, суперклей (цианоакрилатный) с грунтовкой для пластика или специальные эпоксидные смолы для пластика, также хорошо подходят для склеивания деталей из PLA.

Специализированные услуги по переработке (при наличии):

Это не так распространено, но некоторые общественные мастерские, мастерские или специализированные компании могут предлагать сбор и переработку отходов PLA. Вы можете посмотреть, что доступно в вашем районе, но не ждите слишком многого.

Промышленное компостирование (для сертифицированных PLA):

Если ваш PLA имеет специальную маркировку, свидетельствующую о пригодности для промышленного компостирования (соответствует таким стандартам, как EN 13432 или ASTM D6400), и в вашем районе есть промышленный или муниципальный компостный завод, который его принимает, то это более эффективный и экологичный способ избавиться от него. Однако большинство PLA не компостируются в обычном бытовом компостном контейнере.

Относитесь с умом к отходам PLA!

Хотя расплавить PLA возможно, правда в том, что это сопряжено с серьёзными трудностями. Ухудшение качества материала, проблемы с качеством, а также затраты времени и оборудования, как правило, перевешивают все преимущества для обычного любителя. Вместо того, чтобы тратить время на сложную переработку, сделайте всё возможное, чтобы сократить количество отходов, оптимизируя процесс печати, творчески перерабатывая отходы или находя местные пункты компостирования для сертифицированного PLA. Выбирайте решения, которые соответствуют вашим возможностям, а не те, которые обещают разочаровывающие результаты.