Vật liệu in 3D PLA là gì? Tìm hiểu tất cả ?

Vật liệu in 3D PLA là gì?

Ngay cả khi bạn chưa quen với thế giới in 3D, bạn có thể đã nghe nói về nhự in 3d  PLA, vật liệu in 3D phổ biến nhất hiện nay. Axit polylactic , thường được gọi là PLA, là một loại nhựa sinh học và nhựa nhiệt dẻo được làm từ các vật liệu tự nhiên như tinh bột ngô. Nó được biết đến nhiều nhất với việc sử dụng trong ngành công nghiệp in 3D, được bán dưới dạng cuộn của vật liệu dạng sợi được gọi là sợi, nhưng nhựa PLA cũng được sử dụng trong các lĩnh vực sản xuất khác nhau do tính độc đáo của nó.

PLA tương đối dễ sử dụng, nó không yêu cầu một trình độ quá cao để có thể in và sử dụng nó trên máy in 3d FDM. Vì nó được tạo ra từ các vật liệu tự nhiên hoặc tái chế, PLA cũng được chấp nhận vì tính thân thiện với môi trường, khả năng phân hủy sinh học và nhiều đặc điểm khác.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét mọi thứ về nhựa PLA, đặc biệt là liên quan đến việc sử dụng nó trong in 3D. Chúng ta sẽ xem xét cách tạo ra loại nhựa này, ưu và nhược điểm của nó, cách sử dụng, phương pháp sản xuất, đặc tính, các vấn đề về tính bền vững và hơn thế nữa.

Sợi PLA được tạo ra hoặc tái chế từ các hạt nhựa

Vật liệu in 3D PLA được thực hiện như thế nào?

Mặc dù chúng ta không thể hình dung được quá trình sản xuất trực tiếp nhưng chúng ta vẫn nên biết các thức để tạo ra nhựa PLA hoặc raw PLA.  Không giống như nhiều loại nhựa được sản xuất thông qua quá trình lọc dầu thô, PLA được làm từ các chất có nguồn gốc thực vật như tinh bột ngô và mía.

Nguyên liệu thô (Raw PLA)

Đầu tiên, nguyên liệu thô tự nhiên, chẳng hạn như ngô, trải qua quá trình xay ướt, nơi tinh bột của thực vật được phân lập và tách biệt. Sau quá trình chiết xuất này, tinh bột được trộn và đun nóng với các enzym và các hóa chất khác để giải phóng dextrose (D-glucose), một loại đường. Sau đó, dextrose được lên men, tạo ra các monome axit lactic, mà axit polylactic chủ yếu được tạo ra (như bạn có thể đoán được từ tên).

Sau đó, axit lactic có thể được chế biến thành vật liệu PLA theo hai cách: bằng cách ngưng tụ axit lactic thành lactide và sau đó sử dụng quá trình trùng hợp hoặc bằng cách sử dụng quá trình ngưng tụ trực tiếp với axit lactic. Phương pháp trước đây phổ biến hơn và liên quan đến việc liên kết các phân tử lại với nhau bằng cách thêm các chất xúc tác và nhiệt khác nhau

Nhựa in 3D PLA

Sau khi PLA được xử lý, nhựa được tạo thành hạt và được bán dưới dạng nguyên liệu thô. Trong quá trình sản xuất nhựa in 3D PLA, đầu tiên các nhà sản xuất nhựa in 3d trộn các viên PLA này với các chất khác. Các chất phụ gia này thường cung cấp cho sản phẩm cuối cùng các đặc tính nâng cao như màu sắc khác, khả năng chịu nhiệt hoặc độ bền .

Sau đó, hỗn hợp mới được nạp vào một máy đùn sợi đặc biệt để làm tan chảy các hạt và sau đó làm nguội chúng ở dạng chuỗi với đường kính chính xác (thường là 1,75 hoặc 2,85 mm). Cuối cùng, nhựa có dây được quấn quanh một ống đóng gói hút chân không và vận chuyển khắp thế giới.

Khi PLA được sử dụng trong các bối cảnh không phải nhựa in 3d, quy trình này rất giống nhau, ngoại trừ việc hình thức chính xác khác nhau tùy thuộc vào sản phẩm cuối cùng dự định.

Ưu điểm & Nhược vật liệu in 3D PLA

PLA làm vật liệu in 3D có một số ưu điểm rõ ràng, nhưng điều quan trọng là phải nhận ra rằng vật liệu này không hoàn hảo và có một số nhược điểm. Dưới đây, chúng tôi đã liệt kê một số ưu và nhược điểm  của vật liệu này.

Ưu điểm

Dễ in: PLA siêu dễ in; hầu như tất cả các máy in 3D đều có thể in vật liệu này và thậm chí nó không cần bàn nhiệt. PLA yêu cầu nhiệt độ tương đối thấp so với các vật liệu in khác, có thể in nhanh (khoảng 60 mm / s) và không yêu cầu máy in phải đóng kín

Giá rẻ: PLA mua khá rẻ so với các vật liệu in chuyên dụng hơn như nylon hoặc polycarbonate (PC) , làm cho nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho các nhà sản xuất có ngân sách hạn hẹp.

Nhiều màu sắc và tùy chọn: PLA có nhiều dạng khác nhau và các nhà sản xuất đã làm cho dây tóc này ở hầu hết mọi màu sắc mà bạn có thể nghĩ đến. Ngoài ra, còn có các sợi PLA tổng hợp và mục đích đặc biệt như PLA sợi carbon , PLA Silk và thậm chí là PLA có mùi thơm.

Có thể phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường: Vì PLA có nguồn gốc từ thực vật nên nó có khả năng phân hủy sinh học, không giống như các loại nhựa khác (ví dụ như ABS ) được làm từ tinh chế dầu thô, gây hại cho môi trường.

Không độc hại: PLA không độc hại khi nó có thể được giữ không bị ô nhiễm, mở rộng các ứng dụng của nó sang các lĩnh vực như y tế và công nghiệp thực phẩm.

Không có khói: Không thể tránh khỏi khói thoát ra khi nhựa nhiệt dẻo bị nóng chảy, và những khói này, đặc biệt là từ các vật liệu độc hại như ABS, có thể chứa chất hít có hại và thậm chí là chất gây ung thư. Trong khi PLA có thể giải phóng một số khói, hầu như không có mùi và rủi ro ít hơn nhiều.

Nhược điểm

Giòn và tương đối yếu

điểm rõ ràng nhất của PLA là độ bền uốn thấp. Các bộ phận PLA in 3D yếu hơn đáng kể so với các bộ phận đúc phun và thậm chí cả các bộ phận được in 3D bằng các vật liệu khác như PETG và ABS. Các bộ phận của PLA cũng không thường bị uốn cong; chúng vỡ ra rất nhanh sau khi tác dụng đủ lực, có nghĩa là vật liệu rất giòn.

Nhiệt độ thấp và kháng hóa chất

Ngoài việc không phải là vật liệu mạnh nhất hiện có, PLA cũng không chịu nhiệt tốt. PLA có nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh thấp, vì vậy các bộ phận được in bằng vật liệu này có xu hướng biến dạng trong điều kiện nóng, làm cho PLA trở thành vật liệu ít lý tưởng hơn để sử dụng ngoài trời. Ngoài ra, một số hóa chất nhất định khiến PLA tiết ra các hóa chất thô của nó, cụ thể là axit lactic, có thể gây hại với số lượng lớn.

Phân hủy chậm

Mặc dù PLA có thể phân hủy sinh học, như bạn có thể mong đợi từ nhựa, nhưng vẫn mất một thời gian dài để phân hủy. Trong điều kiện thành phần lý tưởng , nhựa PLA mất ba tháng để phân hủy, một thời gian dài so với các vật liệu dễ phân hủy khác

Công dụng khác của nhựa PLA ngoài in 3d

Bao bì thực phẩm

PLA là vật liệu hoàn toàn tự nhiên, không độc hại và về mặt lý thuyết là an toàn thực phẩm, làm cho nó trở thành một loại nhựa tuyệt vời để đóng gói thực phẩm vì nó sẽ không làm ô nhiễm thực phẩm. Mặc dù PLA có thể phản ứng với một số hóa chất và chất lỏng, kết quả cho thấy nó giải phóng một lượng không đáng kể axit lactic. Ví dụ, NatureWorks , một công ty nhựa sinh học, đã sử dụng thành công PLA để chế tạo thành phần đóng gói thực phẩm an toàn cho thực phẩm.

Y tế

Một lần nữa, thành phần không độc hại của PLA làm cho nó hữu ích trong ngành y tế và chăm sóc sức khỏe. Các thành phần PLA đã được sử dụng trong các thiết bị cố định xương, như vít và tấm liên kết.

Tạo mẫu

Tạo mẫu trong PLA thường được thực hiện bằng in 3D và đó là một cách tuyệt vời để các doanh nghiệp và cá nhân đưa ý tưởng vào cuộc sống. Đó là bởi vì PLA siêu dễ in, không tốn kém và có thể được sử dụng với bất kỳ máy in 3D FDM nào.

Hàng dệt

PLA cũng được sử dụng trong sản xuất vải và các loại hàng dệt khác do tính chất dễ thở, trọng lượng thấp và các đặc tính khác của nó. PLA chắc chắn không phải là loại nhựa phổ biến nhất trong ngành dệt may, nhưng nó có tiềm năng và là một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường. Ví dụ về việc sử dụng này có thể được tìm thấy trong dự án Fibfab , dự án đã thử nghiệm thành công PLA để sử dụng cho quần áo bảo hộ và bình thường.

Mỹ phẩm

Ngành công nghiệp mỹ phẩm đóng góp rất lớn vào rác thải nhựa và PLA đang trở nên phổ biến như một giải pháp thay thế bao bì vì tính thân thiện với môi trường và các nguồn hoàn toàn tự nhiên.

Một số cách mà các thành phần PLA được sản xuất:

In 3D

In 3D FDM là một cách rất phổ biến để sản xuất các bộ phận trong PLA: Vật liệu này rất dễ in và nó không cần nhiệt độ cao, giường sưởi hoặc bộ đùn truyền động trực tiếp .

Đúc phun

Đúc phun là phương pháp phổ biến nhất để sản xuất các bộ phận bằng nhựa và đó là cách hầu hết các bộ phận bằng nhựa hàng ngày được tạo ra. Trong khi phương pháp ép phun thường được sử dụng với nhựa ABS để chế tạo các bộ phận như gạch Lego hoặc các bộ phận bên trong xe hơi (như bảng điều khiển), phương pháp này cũng có thể hoạt động với PLA. Tuy nhiên, PLA không được sử dụng phổ biến để ép phun do tỷ lệ kết tinh thấp.

Đúc và hơn thế nữa

Đúc rất giống với đúc phun nhưng sử dụng trọng lực thay vì áp lực tác dụng để tạo thành một bộ phận. Ngoài ra còn có các phương pháp sản xuất tương tự khác cho PLA, như nhiệt luyện. Giống như phương pháp ép phun, những phương pháp này không quá phổ biến để sản xuất các bộ phận PLA, nhưng được sử dụng trong một số ngành công nghiệp.

Thuộc tính vật liệu (Material Properties)

Mặc dù chúng tôi đã đề cập đến một vài điều, chẳng hạn như độ giòn, nhựa PLA có nhiều đặc tính đáng thảo luận:

Độ bền

PLA không phải là một loại nhựa nổi tiếng về độ bền của nó (có thể là nylon hoặc PC), nhưng độ bền của một bộ phận PLA phụ thuộc nhiều hơn vào cách nó được tạo ra hơn là bản thân vật liệu.

Ví dụ: sử dụng mật độ  higher infill and layer height mang lại phần được in 3D bền hơn

Tính linh hoạt

PLA là một loại nhựa cứng, có nghĩa là nó có độ bền uốn thấp so với các loại nhựa khác, đặc biệt là những loại nhựa dẻo như TPU . Ngoài ra, như chúng tôi đã đề cập, PLA rất giòn. Thay vì uốn cong, nó thường gãy và gãy.

Khả năng chịu nhiệt độ

PLA không yêu cầu in nhiệt độ cao, có nghĩa là nó có thể được sử dụng trên các máy giá rẻ . Điều này là do nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh của PLA thấp , có nghĩa là nó biến dạng nhanh chóng dưới nhiệt. Điều này có nghĩa là bạn có thể không nên sử dụng các bộ phận PLA ở ngoài trời hoặc để chúng dưới ánh nắng trực tiếp, vì chúng sẽ dễ bị biến dạng.

Khả năng chống tia cực tím

Không giống như ABS, có khả năng chống tia cực tím rất tốt, PLA không xử lý tia nắng mặt trời rất tốt. Tương tự như khi tiếp xúc với nhiệt, các bộ phận PLA có thể biến dạng khi tiếp xúc với tia UV trong một khoảng thời gian dài.

Kháng hóa chất

PLA không hòa tan trong các dung môi như axeton hoặc cồn isopropyl và nhìn chung, nhựa PLA là một vật liệu rất bền về mặt hóa học và ổn định về mặt hóa học. Tuy nhiên, bạn vẫn có thể sử dụng các dung môi mạnh hơn như dichloromethane và các hỗn hợp như XTC3D để hòa tan hoặc làm mịn các bộ phận PLA .

Hiệu suất in ấn (Printing Performance)

PLA là vật liệu chủ yếu dành cho in 3D, không giống như các loại nhựa khác như ABS hoặc polycarbonate chủ yếu được sử dụng theo những cách khác. Nhìn chung, PLA có hiệu suất in ấn tuyệt vời, do một số yếu tố.

• PLA không yêu bàn nhiệt, máy không cần đóng kín hoặc bộ đùn truyền động trực tiếp, vì vậy thiết bị cần thiết để in vật liệu này không đắt, giá rẻ nhất hiện nay là máy in 3D ender 3 (máy in 3d được mênh danh máy in 3d quốc dân vì độ phổ biến và chất lượng của nó )Các vật liệu như ABS, PETG và TPU đều yêu cầu ít nhất một trong những điều trên để tạo ra các bản in chất lượng.
• PLA có thể mua rất dễ dàng, rất nhiều hãng. Nó cũng có giá rất rẻ hiện nay 3D Thinking đang phân phối PLA của Creality giá 350.000/1kg .
• PLA rất dễ để lập trình chỉ vài thao tác cơ bản ta có thế có một setup hoàn hảo vì vậy việc đạt được một bản in tốt là khá dễ dàng mà không cần quá trình thử nghiệm kéo. Hàu hết các phần mềm đều đã có những pròile cơ bản của PLA bạn chỉ cần điều chỉnh vài thông số để có được bản in hoàn chỉnh. Ngược lại, ABS, PETG và TPU đều nhạy cảm với cài đặt, do đó việc điều chỉnh phần mềm lập trình tương đối khó hơn PLA để tạo ra bản in đẹp.
• PLA có thể được in nhanh hơn hầu hết các vật liệu khác, và do mong muốn tạo mẫu nhanh, PLA được sử dụng phổ biến để tạo mẫu nhanh. Đặc thù R&D khiến mọi thứ đều phải nhanh và tốc độ

Các loại nhựa PLA hiện có trên thị trường ?

Tiêu chuẩn  (Standard )

Đầu tiên và quan trọng nhất, PLA tiêu chuẩn là loại PLA thông thường phổ biến trong ngành in 3D, không có tính năng độc đáo hoặc đặc biệt nào ngoài các đặc tính cơ bản của vật liệu PLA.

Plus

Plus và Pro là các thuật ngữ phổ biến trong kinh doanh dây tóc để mô tả một vật liệu đã được trộn với các chất phụ gia đặc biệt để nâng cao hiệu suất của nó, thường liên quan đến độ bền của nó. Pro PLA và PLA + là những lựa chọn tuyệt vời nếu bạn muốn in các bộ phận có chức năng, sử dụng trong thế giới thực sẽ phải chịu áp lực vật lý nhưng trên chất liệu vẫn dễ in.

PLA Wood

Gỗ PLA là một loại PLA tổng hợp có chứa các chất phụ gia cung cấp các đặc tính thị giác giống như gỗ và sợi này rất hữu ích để tạo ra các bộ phận bằng gỗ như mong muốn, như các mảng.

Silk PLA

Silk PLA mang lại một lớp hoàn thiện siêu bóng, mịn và mượt cho các bộ phận, làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến để in các tác phẩm thẩm mỹ như lọ hoa .

Marble PLA (Đá cẩm thạch)

Sợi cẩm thạch là một lựa chọn phổ biến khác và các sợi đá cẩm thạch thật có chứa các hạt đá cẩm thạch nhỏ để tạo ra lớp hoàn thiện có đốm, giống như đá cẩm thạch. Các sợi nhỏ lốm đốm khác đôi khi cũng được phân loại là PLA bằng đá cẩm thạch , ngay cả khi chúng không chứa các miếng đá cẩm thạch thật.

Glittery PLA

PLA lấp lánh hoặc lấp lánh là một điều thú vị! Loại PLA này có các hạt lấp lánh lớn rất dễ nhìn thấy, vì vậy bạn có thể xem một phần được in tỏa sáng dưới ánh sáng.

Carbon-fiber-infused

Loại PLA này là một hỗn hợp khác và như tên gọi cho thấy, là một sợi PLA được truyền các hạt sợi carbon để tăng sức mạnh và độ bền của PLA trong khi vẫn duy trì hầu hết các đặc tính dễ sử dụng của nó.

Glow-in-the-dark

PLA phát sáng trong bóng tối rất phổ biến và sẽ phát sáng trong bóng tối do các chất phụ gia đặc biệt trong dây tóc.

Conductive

PLA dẫn điện là một loại dây tóc tạo ra các bộ phận dẫn điện mà bạn có thể sử dụng cho các dự án điện có cường độ thấp, như cấp nguồn cho đèn LED bằng cách sử dụng mạch in 3D.

Các hãng PLA nổi tiếng

Creality

Creality nổi tiếng với dòng máy in 3d giá rẻ, nó gần như là công ty lớn nhất china về dòng máy giá rẻ. Hiện tại creality đang phân phối các sản phẩm nhựa in như Ender PLa, HP-PLa, CR PLA. Nhựa Ender PLA cũng là loại nhựa phổ biến nhất tại Việt Nam vì giá thành cũng như chất lượng của sản phẩm

Hatchbox

Hatchbox là một nhà sản xuất nhựa in 3d 3D nhỏ bán các dây tóc chất lượng với màu cơ bản với giá cả phải chăng (khoảng $ 20 mỗi kg), bao gồm cả PLA đã được đánh giá tốt .

Prusament

Prusament là lĩnh vực dây tóc của Prusa Research , và họ tạo ra nhiều loại vật liệu, bao gồm cả PLA , mà họ cung cấp với các màu cơ bản và sáng bóng.

Protopasta

Mặc dù dây tóc của họ có thể đắt hơn hầu hết các thương hiệu khác, nhưng Protopasta cung cấp một số dây tóc PLA độc đáo nhất hiện có. Từ lấp lánh và lấp lánh đến hương cà phê và sợi carbon, Protopasta đã giúp bạn bao phủ.

Polymaker

Polymaker bán một số loại PLA khác nhau với các màu cơ bản. Chúng bao gồm PolyLite , tùy chọn tiêu chuẩn của họ, PolyMax , một dây tóc chống va đập, PolyTerra, lựa chọn thân thiện với môi trường của họ và các vật liệu tổng hợp như PolyWood .

Độ bền (Sustainability)

Như chúng tôi đã đề cập, nhựa PLA có nguồn gốc từ thực vật như ngô thay vì các vật liệu độc hại như dầu thô, mà hầu hết các loại nhựa khác đều được làm từ đó. Điều này có nghĩa là phần lớn PLA là vật liệu bền vững, vì thực vật có thể tái tạo tương đối.

PLA cũng có thể phân hủy sinh học về mặt kỹ thuật, nhưng phải mất một thời gian dài, ngay cả trong môi trường lý tưởng, các bộ phận bằng nhựa PLA mới bị phân hủy. Một nghiên cứu cho thấy rằng trong môi trường ủ phân được kiểm soát, với nhiệt và các sinh vật phân hủy để đẩy nhanh quá trình, nhựa PLA mất ba tháng để phân hủy.

Thậm chí phải mất hơn ba tháng để PLA phân hủy trong điều kiện tự nhiên, không được kiểm soát. Vì vậy,

Các loại thực vật cần thiết để sản xuất PLA đóng vai trò quan trọng như một nguồn thực phẩm, và một số người có thể tranh luận rằng việc sử dụng những loại cây trồng hạn chế này để tạo ra nhựa làm thực phẩm không phải là lợi ích tốt nhất của hành tinh. Có lẽ trong tương lai, PLA có thể được coi là một vật liệu không bền vững, nếu năng suất cây trồng không đủ cao để đáp ứng nhu cầu về cả nhựa và thực phẩm.

Nhìn chung, về mặt kỹ thuật, PLA là một vật liệu bền vững, nhưng nó có một số hạn chế. Tuy nhiên, PLA là một loại nhựa sinh học và bền vững hơn các loại nhựa khác, như ABS, hoàn toàn dựa vào các nguồn tài nguyên không thể tái tạo và không bị phân hủy (hoặc gần như không nhanh chóng).

PLA có an toàn với thực phẩm hay không ?

Điều quan trọng là phải thảo luận về tính độc hại và an toàn thực phẩm của nhựa PLA, vì đây là yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi sử dụng bất kỳ vật liệu nào. PLA là một vật liệu không độc hại và về mặt lý thuyết có thể được sử dụng để sản xuất các mặt hàng an toàn cho thực phẩm, không giống như các loại nhựa in 3D khác như ABS. Tuy nhiên, nhiều yếu tố khác góp phần vào sự an toàn thực phẩm của PLA, đặc biệt nếu đó là một bộ phận được in 3D.

Chỉ vì vật liệu không độc hại không có nghĩa là nó an toàn khi tiếp xúc với thực phẩm. Ví dụ, in 3D FDM tạo ra các bộ phận theo từng lớp và có những khoảng trống khá rõ ràng giữa các lớp này. Những khoảng trống này có thể giữ lại các phần tử lạ, có khả năng làm ô nhiễm bộ phận và khiến nó không còn an toàn thực phẩm. Tuy nhiên, trước khi điều này có thể xảy ra, nhựa in 3d PLA được đưa qua máy đùn, ống, đầu nóng và vòi phun, tất cả các vị trí nơi các vật liệu khác, có khả năng không an toàn tiếp xúc với PLA.

Với điều này, điều quan trọng cần nhớ là mặc dù nhựa PLA nguyên chất không độc hại và an toàn thực phẩm, nhưng các vật liệu và hạt khác có thể ảnh hưởng đến sự an toàn của bộ phận hoàn thiện. Chúng tôi khuyên bạn nên tham khảo hướng dẫn của chúng tôi để in các bộ phận an toàn thực phẩm trước khi cố gắng in bất cứ thứ gì tiếp xúc với thực phẩm.

Theo dõi chúng tôi để cập nhật nhiều bài viết và sự kiện hấp dẫn

CÔNG TY TNHH 3DTHINKING

Địa chỉ: Số 10, Liền Kề 5, Khu Đô Thị Đại Thanh, Thanh Trì, Hà Nội

Sđt: 0938.245.599

Email: info@3dthinking.vn

Fanpage: Facebook