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 термопластикЭтот тип пластика становится мягким и пластичным при нагревании и затвердевает при охлаждении — этот цикл может повторяться. Именно 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: Этот многоэтапный процесс включает в себя:

• 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 из 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, что приведет к появлению дефектов, засорению сопел или появлению слабых мест 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., АБС, ПЭТГ) вызывает серьёзные проблемы из-за разницы температур плавления и несовместимости. В результате образуются комки, плохое сцепление, чрезмерное выделение паров и возможное 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-нить Часто наблюдается нестабильный диаметр, некруглость, чрезмерная хрупкость или низкая 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).Неправильная сушка PLA приводит к серьезным проблемам во время плавления, таким как образование пузырьков 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 доступ к промышленному или муниципальному компостному предприятию, которое его принимает, то это более экологичный способ избавиться от него. Однако большинство PLA не компостируются в обычном бытовом компостном контейнере.

Будьте благоразумны в обращении с отходами PLA!

Хотя расплавить PLA-пластик 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 и силы на переработку, постарайтесь сократить количество отходов, оптимизируя процесс печати, творчески перерабатывая отходы или найдите местные пункты компостирования для сертифицированного PLA-пластика. Выбирайте решения, которые соответствуют вашим возможностям, а не те, которые обещают разочаровывающие результаты.