Що таке PLA пластик: характеристики, температури та застосування

PLA (полілактид, polylactic acid) — це термопластик, з якого роблять найпопулярніший філамент для 3D-принтерів. Нитка діаметром 1,75 мм намотана на котушку, екструдер плавить її в соплі й шар за шаром формує деталь. Якщо ви щойно купили принтер і не знаєте, з чого починати, — починати треба саме з PLA.

Причина проста: PLA прощає помилки. Він не потребує закритої камери, майже не дає усадки, не пахне при друці й тримається на столі навіть без підігріву. За це його й люблять — і за це ж лають, коли деталь із PLA деформується в машині влітку. Нижче — що це за матеріал насправді, які в нього цифри, де він працює, а де ні.

З чого роблять PLA

Сировина для полілактиду — не нафта, а рослинний цукор: кукурудзяний крохмаль, цукрова тростина, цукровий буряк. Цукор зброджують до молочної кислоти, з неї отримують лактид, а вже з лактиду полімеризацією — полілактид. Готові гранули фарбують, додають наповнювачі й витягують у нитку заданого діаметра.

Саме через рослинне походження PLA називають «екологічним пластиком». Це формулювання потребує уточнень — про них у розділі про компостування нижче.

Із хімії випливає і головна практична особливість матеріалу. У PLA низька температура склування — та точка, після якої твердий пластик починає розм'якшуватися. Через це він плавиться при відносно невисокій температурі, майже не дає внутрішніх напружень при охолодженні й не жолобиться. Той самий параметр робить його непридатним для нагрітих умов: одна властивість дає і всі переваги PLA, і всі його обмеження.

Характеристики PLA

Дві цифри в цій таблиці варто запам'ятати окремо. Перша — міцність на розрив 50–65 МПа: за цим показником PLA не поступається PETG, а часто й перевершує його. Друга — розм'якшення від 55 °C: саме вона визначає, де PLA використовувати не можна.

І одразу застереження, бо тут часто плутають. Заявлені 50–65 МПа — це міцність у площині шару. Поперек шарів, по осі Z, будь-яка FDM-деталь значно слабша, і в PLA цей розрив помітніший, ніж у PETG: матеріал жорсткий, але крихкий, він не тягнеться, а ламається. Тому «PLA міцніший за PETG» і «PLA крихкий» — обидва твердження правдиві, просто про різні речі.

Температури та налаштування друку PLA

Обдув для PLA — це не опція, а вимога. Матеріал повинен встигати твердіти одразу після сопла, інакше нависання «попливуть», а дрібні деталі втратять форму. Це принципова відмінність від PETG, де надмірний обдув, навпаки, руйнує міжшарову адгезію.

Швидкісні PLA-філаменти останніх років — окрема історія: виробники заявляють для них до 300 мм/с, але тільки на принтерах із відповідним хотендом і потоком. Шовковистий Silk PLA, навпаки, любить повільний друк — 30–70 мм/с, інакше блиск виходить нерівним.

Якщо друк уже йде, але з дефектами — стрінг, розшарування, загин кутів — розбір типових помилок і повна таблиця параметрів у порівнянні з PETG є в окремому матеріалі: помилки друку PLA і PETG.

Переваги PLA

• Найпростіший у друку. Не потребує закритої камери, стабільно тримається на столі, майже не жолобиться.
• Мінімальна усадка. Розміри готової деталі близькі до моделі — це важливо для деталей, що стикуються.
• Висока жорсткість. Деталь не «грає» під навантаженням, поки не нагрівається.
• Гарна деталізація. Дрібні елементи, текст, тонкі стінки виходять чіткими.
• Немає різкого запаху. Друкувати можна в житловій кімнаті, хоча провітрювання все одно не завадить.
• Найбільший вибір кольорів і фактур — від матових до шовковистих і з наповнювачами.

Слабкі місця PLA

• Термостійкість. Розм'якшення починається вже від 55 °C. Салон авто в літній день, підвіконня під сонцем, корпус біля радіатора — не для PLA.
• Крихкість при ударі. Матеріал жорсткий, але не пружний: при різкому навантаженні тріщина йде по шару.
• Гігроскопічність. PLA вбирає вологу з повітря повільніше за нейлон, але вбирає. Ознаки — тріск у соплі, бульбашки, шорстка поверхня.
• Погана стійкість до УФ. На вулиці деталь із часом жовтіє і стає ще крихкішою.
• Мікропори між шарами. FDM-деталь не буває герметичною, тому для багаторазового посуду вона не годиться, навіть якщо сам пластик харчовий.

Коли деталь має тримати нагрів або удар — беріть PETG пластик. Детальний розбір, що з них і коли вибирати, — у статті порівняння PLA, PETG і ABS.

Що впливає на міцність деталі з PLA

Цифра 50–65 МПа з таблиці вище — це властивість матеріалу, а не готового виробу. Скільки витримає конкретна деталь, вирішують налаштування слайсера, і різниця тут буває дворазовою.

• Орієнтація на столі. Найголовніше. Деталь ламається по межі шарів, тому шари треба розташовувати поперек напрямку навантаження, а не вздовж нього. Гачок, надрукований «лежачи», витримає в рази більше за такий самий гачок «стоячи».
• Кількість периметрів. Оболонка працює на згин краще за заповнення. Три-чотири периметри дають більший приріст міцності, ніж підняття заповнення з 20 до 40 %.
• Заповнення. Вище 40–50 % приріст майже зупиняється, а витрата пластику і час друку продовжують рости.
• Товщина шару. Тонкі шари дають кращу деталізацію, товсті — трохи надійніше зчеплення. Для функціональних деталей 0,2–0,25 мм зазвичай оптимальні.
• Температура сопла. Ближче до верхньої межі діапазону шари сплавляються краще. Якщо деталь розшаровується, спершу підніміть температуру на 5–10 °C і тільки потім міняйте матеріал.

Види PLA

Під назвою «PLA» в каталогах ховається кілька різних матеріалів. Основа в них одна, відрізняються добавки й наповнювачі — а разом із ними змінюються і вигляд поверхні, і рекомендована швидкість, і навіть знос сопла. Наповнені філаменти з деревом чи мармуром абразивніші за звичайний PLA, і на латунному соплі це помітно вже за кілька кілограмів.

Одне уточнення про Silk, бо його часто продають як «міцніший PLA». Це не так: добавки, що дають блиск, погіршують міжшарову адгезію. Silk беруть за вигляд, а не за міцність.

У каталозі Epic3D усі ці різновиди є окремими розділами: PLA пластик, PLA Matte, SILK PLA+, PLA дерево та мармур. Бренди, які ми тримаємо на складі, — SUNLU, 333Print і Kingroon.

Як вибрати котушку PLA

Полілактид у всіх виробників один і той самий, а от нитка з нього — різна. На що дивитися при покупці:

• Допуск діаметра. ±0,02–0,03 мм — норма. Гірший допуск означає плаваючий потік: то недоекструзія, то напливи, і жодні налаштування слайсера цього не виправлять.
• Вага нетто. Стандарт — 1 кг пластику без урахування котушки. Зустрічаються котушки на 800–850 г за ціною кілограма.
• Упаковка. Вакуумний пакет із пакетиком силікагелю всередині — ознака того, що філамент не набирав вологу на складі.
• Намотка. Рівна, без перехльостів. Заплутана нитка зупинить друк посеред ночі — найдратівливіша з усіх поломок.
• Етикетка з параметрами. Нормальний виробник вказує на котушці свій діапазон температур сопла і столу. Якщо параметрів немає взагалі — це привід насторожитися.

І суто практичне: на серію деталей беріть один бренд і одну партію. Відтінок одного й того ж «червоного» у різних виробників відрізняється, і корпус, зібраний із двох котушок, це видасть.

Для чого підходить PLA, а для чого ні

Чи справді PLA біорозкладний

Тут найбільше плутанини, тому конкретно. PLA компостується, але тільки в промислових умовах. Промислова компостувальна установка тримає температуру 55–60 °C, вологість 50–65 % і постійну аерацію; за таких умов PLA розпадається за 45–90 днів. Стандарт ASTM D6400 вимагає, щоб щонайменше 90 % матеріалу перейшло у вуглекислий газ за 180 днів, а після 12 тижнів на ситі 2 мм лишалося не більше 10 %.

А тепер зворотний бік: у домашньому компості, у ґрунті чи на звичайному смітнику доказів розкладання PLA немає. Там він поводиться як будь-який інший пластик і лежить роками. Тобто напис «біорозкладний» на котушці означає «за наявності промислової компостувальної установки», а не «зникне, якщо закопати в саду».

Практичний висновок простий: обрізки й невдалі друки PLA краще збирати окремо й здавати на переробку там, де її приймають, а не розраховувати на природу.

Скільки служить деталь із PLA

У приміщенні, без прямого сонця і нагріву, деталь із PLA лежить роками без видимих змін — саме тому матеріал так добре підходить для декору, органайзерів і корпусів. Проблеми починаються на вулиці: ультрафіолет поступово руйнує полімер, виріб жовтіє і стає крихкішим, і за сезон-два може просто розсипатися під навантаженням.

Другий сценарій відмови — тепло. Пам'ятайте про 55 °C: у закритому автомобілі влітку на панелі буває і більше, тож тримач для телефона з PLA має всі шанси «стекти» за один спекотний день. Якщо деталь потрібна на вулицю або в машину, її одразу варто друкувати з PETG.

Як зберігати і сушити PLA

PLA вбирає вологу з повітря, і волога нитка друкує гірше: тріск у соплі, бульбашки на поверхні, слабкі шари. Відкриту котушку тримайте в герметичному контейнері з силікагелем або у вакуумному пакеті — не в шафі й не на відкритій полиці.

Якщо філамент уже набрав вологу, його сушать при 45–55 °C протягом 4–6 годин у сушарці для філаменту або дегідраторі. Духовка для цього підходить погано: у побутових духовках нижня межа зазвичай вища, і котушка починає деформуватися. Докладний розбір із температурами для інших матеріалів — у гайді як зберігати і сушити філамент.

Свіжий, правильно упакований філамент для 3D-принтера — у нас на складі в Харкові.

Часті питання про PLA

Чи міцний PLA?

За міцністю на розрив PLA дає 50–65 МПа, і в площині шару це не менше за PETG. Слабкі місця інші: матеріал крихкий при ударі й починає розм'якшуватися вже від 55 °C.

При якій температурі друкувати PLA?

Сопло 190–220 °C, стіл 50–60 °C, обдув на 100 %. Точний діапазон конкретної котушки виробник вказує на етикетці — починайте з нього.

Чи потрібен підігрів столу для PLA?

Не обов'язково: PLA друкується і на холодному столі. Але з підігрівом 50–60 °C перший шар тримається надійніше, а кути менше загинаються.

Чи безпечний PLA?

Полілактид отримують із рослинної сировини, і при друці він майже не дає запаху. Але готова FDM-деталь має мікропори між шарами, тому для багаторазового посуду й контейнерів для їжі вона не годиться.

Чи розкладається PLA у звичайному компості?

Ні. PLA розпадається лише в промисловому компостуванні при 55–60 °C і вологості 50–65 %. У домашньому компості, ґрунті чи на смітнику він поводиться як звичайний пластик.

Читайте також: Що таке філамент: види, характеристики і який вибрати