![فیلامنت PLA چیست؟ [راهنمای کامل]](https://cdn.digisaaz.com/statics/images/whats-pla-filament.webp)
فیلامنت PLA چیست؟ [راهنمای کامل]
429
25 مرداد 1403
بروزرسانی: 27 فروردین 1404
حتی اگر تازهوارد دنیای چاپ سهبعدی باشید، احتمالاً نام فیلامنت PLA را شنیدهاید؛ این ماده، پرکاربردترین مواد چاپ سهبعدی به شمار میآید. پلیلاکتیک اسید (PLA) یک ترموپلاستیک است که میتواند از منابع تجدیدپذیر مانند ذرت و نیشکر به دست آید.
PLA به خاطر استفادهاش در صنعت چاپ سهبعدی شناخته شده است و در قالب فیلامنتهای رشتهای روی قرقرهها به فروش میرسد. کار با این ماده نسبتا آسان است و معمولاً نیاز به تلاش زیادی برای تولید قطعات با کیفیت ندارد، به ویژه در پرینترهای مدلسازی رسوبی ذوب (FDM). اما پلاستیک PLA در زمینههای دیگر تولید نیز به خاطر ویژگیهای منحصر به فردش مورد استفاده قرار میگیرد.
در این مقاله، همه چیز درباره پلاستیک PLA را بررسی خواهیم کرد، به ویژه با اشاره به استفادهاش در چاپ سهبعدی. ما به نحوه ساخت این پلاستیک، مزایا و معایب آن، کاربردها، روشهای تولید، ویژگیها، مسائل پایداری و غیره خواهیم پرداخت.
فیلامنت PLA چگونه ساخته میشود؟

پلاستیک PLA از مراحل زیادی عبور میکند تا به شکل نهایی خود برسد. برخلاف بسیاری از پلاستیکها که از نفت خام تصفیه شده ساخته میشوند، ماده اصلی PLA میتواند از منابع گیاهی مانند نشاسته ذرت و نیشکر تهیه شود.
مواد خام فیلامنت PLA
ابتدا، مواد خام گیاهی مانند ذرت تحت فرآیند آسیاب مرطوب قرار میگیرند تا نشاسته گیاه جدا و تفکیک شود. پس از استخراج، نشاسته با آنزیمها و مواد شیمیایی دیگر مخلوط و گرم میشود تا دکستروز (D-گلوکز)، نوعی قند، آزاد شود. سپس، دکستروز تخمیر میشود و اسید لاکتیک مونومرها را تولید میکند که پلیلاکتیک اسید عمدتاً از آنها ساخته شده است (همانطور که از نامش پیداست).
از آنجا، رایجترین روش برای تبدیل اسید لاکتیک به ماده PLA این است که اسید لاکتیک به لاکتید تبدیل شود و سپس با استفاده از یک فرآیند پلیمریزاسیون خاص که مولکولها را با افزودن کاتالیزورها و حرارت به زنجیرهای پلیمر بلند متصل میکند، پلیمرهای PLA تولید شود.
تبدیل گرانول به قرقرهای فیلامنت PLA

پس از پردازش PLA، پلاستیک به شکل گرانول درآمده و به عنوان ماده خام به فروش میرسد. در تولید فیلامنت PLA، تولیدکنندگان فیلامنت ابتدا این گرانولهای PLA را با مواد دیگر مخلوط میکنند. این افزودنیها معمولاً خواص نهایی محصول را بهبود میبخشند، مانند ویژگیهای حرارتی، رنگ یا استحکام.
مخلوط جدید سپس به دستگاه اکسترودر فیلامنت مخصوصی منتقل میشود که دانهها را ذوب کرده و سپس در قالب رشتهای با قطر دقیق (معمولاً 1.75 یا 2.85 میلیمتر) سرد میکند. در نهایت، پلاستیک رشتهای دور یک قرقره پیچیده شده و بستهبندی و به نقاط مختلف جهان ارسال میشود.
مزایا و معایب فیلامنت PLA

PLA به عنوان مادهای برای چاپ سهبعدی دارای مزایای واضحی است، اما مهم است که به معایب آن نیز توجه داشته باشیم. در ادامه، برخی از مزایا و معایب این ماده را آوردهایم.
مزایای فیلامنت PLA
- آسانی در چاپ: چاپ PLA بسیار آسان است؛ تقریباً تمام پرینترهای سهبعدی قادر به چاپ این ماده هستند و نیازی به بستر گرم ندارند. PLA به دماهای نسبتاً پایینتری نسبت به سایر مواد چاپی نیاز دارد، میتواند نسبتاً سریع چاپ شود (حدود 60 میلیمتر در ثانیه) و نیاز به محفظه ندارد.
- ارزان: PLA نسبت به سایر مواد چاپی خاصتر مانند نایلون یا پلیکربنات (PC) بسیار ارزانتر است و گزینه مناسبی برای سازندگان با بودجه محدود به شمار میرود.
- تنوع رنگ و گزینهها: PLA در اشکال مختلفی موجود است و تولیدکنندگان فیلامنت این ماده را در تقریباً هر رنگی که میتوانید تصور کنید، تولید کردهاند. علاوه بر این، فیلامنتهای PLA ترکیبی نیز وجود دارند، مانند PLA با فیبر کربن، PLA درخشان و حتی PLA معطر.
- دوستدار محیط زیستتر: PLA از منابع تجدیدپذیر به جای پتروشیمیها تولید میشود، بر خلاف اکثر ترموپلاستیکهای دیگر. مطالعات نشان دادهاند که تولید PLA حدود 65% انرژی کمتری مصرف میکند و به طور قابل توجهی گازهای گلخانهای کمتری نسبت به پلاستیکهای معمولی تولید میکند.
- غیرسمی: PLA غیرسمی است البته تا وقتی که از آلودگی محفوظ بماند، که این موضوع کاربردهای آن را به حوزههایی مانند صنعت پزشکی و غذایی گسترش میدهد.
معایب فیلامنت PLA

- شکننده و نسبتاً ضعیف: بزرگترین معضل PLA، ضعف قابل توجه آن در خمیدگی است. قطعات چاپ شده با PLA به طور قابل توجهی ضعیفتر از قطعات قالبگیری شده و حتی قطعات چاپ شده با مواد دیگری مانند PETG و ABS هستند. قطعات PLA معمولاً خم نمیشوند و به سرعت پس از وارد آمدن نیرو شکسته میشوند، به این معنی که این ماده بسیار شکننده است.
- مقاومت حرارتی پایین: علاوه بر اینکه PLA از نظر استحکام ضعیف است، از نظر مقاومت در برابر حرارت نیز ضعیف است. PLA دارای دمای انتقال شیشهای پایینی است، بنابراین قطعات چاپ شده با این ماده در شرایط گرم ممکن است تغییر شکل دهند، که PLA را برای استفاده در فضای باز مناسب نمیکند.
- زیستتجزیهپذیری پایین: در حالی که بسیاری از مزایای زیستتجزیهپذیری PLA را تبلیغ میکنند، در عمل این موضوع نادر است. شرایطی که برای تجزیه طبیعی آن در محیط فراهم باشد بسیار نادر است. بهتر است بگوییم که PLA قابل کمپوست شدن در صنایع است.
کاربردهای فیلامنت PLA در پرینت سه بعدی

PLA مادهای است که علاوه بر چاپ سهبعدی، در زمینههای دیگری نیز کاربرد دارد:
- بستهبندی غذا: PLA به دلیل غیرسمی بودن و ایمنی نظری برای غذا، مادهای عالی برای بستهبندی مواد غذایی است زیرا به غذا آلوده نمیشود. به عنوان مثال، BioPak، یک شرکت بستهبندی مواد غذایی، با موفقیت از PLA برای تولید بستهبندی غذایی استفاده کرده است.
- پزشکی: ترکیب غیرسمی PLA آن را در صنعت پزشکی و بهداشتی مفید میکند. PLA در مهندسی بافت به دلیل سازگاریاش با بدن انسان استفاده شده است.
- پروتوتایپینگ: پروتوتایپینگ با PLA معمولاً با چاپ سهبعدی انجام میشود و راهی عالی برای کسبوکارها و افراد برای به ساختن ایدهها است. دلیل آن این است که PLA بسیار آسان برای چاپ، ارزان و با هر پرینتر FDM سهبعدی قابل استفاده است.
- نساجی: PLA همچنین برای تولید الیاف و سایر نساجیها به دلیل تنفسپذیری، وزن کم و سازگاری با رنگها استفاده میشود. به ویژه، ممکن است در پرکردن الیاف بالشتها و لحافها، فرشها، پوشکها و حتی پارچههای لباس استفاده شود.
- آرایشی: صنعت آرایشی یکی از بزرگترین منابع زباله پلاستیکی است و PLA به عنوان جایگزینی برای بستهبندی به دلیل سازگاری زیستمحیطیاش در حال محبوبیت است.
روشهای تولید با فیلامنت PLA
حال که با صنایع پرکاربرد برای PLA آشنا شدید، در ادامه چند روش تولید قطعات PLA را بررسی میکنیم:
- چاپ سهبعدی: چاپ سهبعدی FDM یکی از روشهای بسیار رایج برای تولید قطعات با PLA است. این ماده بسیار آسان برای چاپ است و نیاز به دماهای بالا، بستر گرم یا تنظیمات اکستروژن مستقیم ندارد.
- قالبگیری تزریقی: قالبگیری تزریقی، روش محبوبی برای تولید ترموپلاستیکهاست، زیرا میتواند انواع مختلفی از قطعات از آجرهای Lego تا قطعات داخلی خودرو (مانند داشبوردها) را تولید کند. ابزارهای یکبار مصرف PLA با این روش تولید میشوند.
- ترموفرمینگ و دمش قالب: اگر تا به حال بستهبندی غذایی یکبار مصرف با برچسب PLA دریافت کردهاید، احتمالاً با یکی از این دو روش پردازش شده است. ترموفرمینگ، ورق PLA را برمیدارد، آن را گرم میکند تا نرم شود و سپس آن را به شکل قالب فشار میدهد. دمش قالب، مفهومی مشابه دارد، اما با لولهای آغاز میشود و با استفاده از هوا فشرده لوله را به قالبی به شکل بطری گسترش میدهد.
در دیجی ساز بخوانید: تفاوت پرینت سه بعدی با تزریق قالب
ویژگیهای پلاستیک PLA

اگرچه قبلاً برخی از ویژگیهای مواد مانند شکنندگی را ذکر کردهایم، پلاستیک PLA ویژگیهای دیگری نیز دارد که ارزش بحث کردن دارند:
- استحکام: PLA پلاستیکی نیست که به خاطر استحکامش شناخته شده باشد (این ویژگی معمولاً مربوط به نایلون یا پلیکربنات است)، اما استحکام یک قطعه PLA بیشتر به نحوه ساخت آن بستگی دارد تا به خود ماده. به عنوان مثال، استفاده از چگالی پرشدگی بالاتر و ارتفاع لایه بیشتر میتواند به تولید قطعات سهبعدی با استحکام بیشتر منجر شود.
- انعطافپذیری: PLA پلاستیکی سفت است، به این معنی که دارای استحکام خمشی پایینتری نسبت به پلاستیکهای دیگر، به ویژه پلاستیکهای انعطافپذیر مانند TPU است. علاوه بر این، همانطور که ذکر شد، PLA شکننده است. به جای خم شدن، معمولاً با وارد شدن نیرو سریعاً شکسته و خرد میشود.
- مقاومت حرارتی: PLA نیاز به دماهای چاپ نسبتاً پایین دارد، اما این به این معنی است که بعد از چاپ نیز مقاومت کمتری در برابر دماهای بالا دارد. به همین دلیل توصیه میشود که از PLA برای قطعاتی که باید در فضای باز یا زیر نور مستقیم خورشید استفاده شوند، استفاده نکنید، زیرا ممکن است به راحتی تغییر شکل دهند. و، همانطور که در بالا گفته شد، از قرار دادن قطعات در ماشین ظرفشویی خودداری کنید اگر نیاز به شستشو دارند.
- مقاومت UV: این ماده ممکن است هنگام قرار گرفتن در معرض طولانیمدت اشعه UV تغییر رنگ دهد. در ترکیب با دماهای بالا، این تجزیه میتواند سریعتر باشد و باعث شکنندگی شود.
- مقاومت شیمیایی: PLA در حلالهایی مانند استون یا الکل ایزوپروپیل حل نمیشود و به طور کلی، پلاستیک PLA مادهای مقاوم و پایدار در برابر مواد شیمیایی است. با این حال، هنوز میتوانید از حلالهایی مانند استات اتیل و ترکیباتی مانند XTC3D برای حل کردن یا صیقل دادن قطعات PLA استفاده کنید.
عملکرد پرینت سه بعدی با فیلامنت PLA

PLA به طور طبیعی مادهای عالی برای چاپ سهبعدی است، بر خلاف پلاستیکهای دیگر مانند نایلون یا پلیکربنات که به راحتی به تولید افزایشی منتقل نمیشوند. به طور کلی، PLA عملکرد چاپ خوبی دارد، به دلیل چندین عامل:
- عدم نیاز به تجهیزات ویژه: PLA نیاز به بستر گرم، محفظه یا تنظیمات اکستروژن مستقیم ندارد، بنابراین تجهیزات مورد نیاز برای چاپ این ماده گران نیستند و گاهی حتی کمتر از 100 دلار هزینه دارند. مواد دیگری مانند ABS، PETG و TPU به حداقل یکی از این تجهیزات نیاز دارند تا چاپ با کیفیتی ایجاد کنند.
- دسترسپذیری و قیمت: PLA به طور گسترده در دسترس است و صنعت چاپ سهبعدی مصرفی به اندازهای رشد کرده است که فیلامنت PLA به راحتی به صورت آنلاین در دسترس است. همچنین نسبتاً ارزان است و از حدود 20 دلار برای هر کیلوگرم شروع میشود. سایر فیلامنتها، مانند PETG، هزینه بیشتری دارند و گزینههای کمتری دارند.
- تحمل تنظیمات چاپ: PLA به تغییرات در تنظیمات چاپ (در حد معقول) نسبتاً مقاوم است، بنابراین دستیابی به چاپ خوب نسبتاً آسان است و نیازی به فرآیند تست طولانی برای بهینهسازی تنظیمات اسلایسر ندارد. بیشتر پروفایلهای پیشفرض اسلایسر شما را با مدل قابل قبولی از ابتدا مواجه میکند و فقط کمی تنظیم میتواند چاپهای شما را حتی بهتر کند. در مقابل، ABS، PETG و TPU به تنظیمات اسلایسر حساس هستند، بنابراین پروفایلهای اسلایسر برای این مواد نیاز به تنظیم دقیق دارند تا چاپهای خوبی تولید کنند.
- سرعت چاپ: PLA میتواند سریعتر از اکثر مواد دیگر چاپ شود و به دلیل نیاز به پروتوتایپینگ سریع، PLA برای توسعه سریع پروتوتایپها محبوب است. هیچکس نمیخواهد روزها منتظر بماند تا اولین پروتوتایپش تولید شود، زیرا ممکن است تا آن زمان به پروتوتایپ بعدی رفته باشد!
در دیجی ساز بخوانید: فیلامنت PETG چیست؟ [راهنمای کامل]
انواع فیلامنت PLA

در طول سالها، انواع مختلفی از فیلامنتهای PLA به وجود آمده است که انتخابهای زیادی را برای مصرفکننده فراهم میآورد:
فیلامنت PLA استاندارد و بازیافتی
- PLA استاندارد: PLA استاندارد نوع معمولی PLA است که در صنعت چاپ سهبعدی پر استفاده است و ویژگیهای خاص یا منحصر به فردی غیر از ویژگیهای پایهای PLA و قیمت مناسب ندارد.
- PLA بازیافتی: PLA بازیافتی نیز به طور فزایندهای در دسترس است و وقتی از تولیدکنندگان معتبر خریداری شود، کیفیت بسیار خوبی دارد. این نوع PLA در واقع تفاوت زیادی با گزینههای استاندارد ندارد.
فیلامنت PLA دکوراتیو
در اینجا است که PLA واقعاً درخشش خود را نشان میدهد. به عنوان انتخابی عالی برای چاپهای دکوری، تولیدکنندگان فیلامنت بسیار خلاقانه با امکانات آن بازی کردهاند (اگرچه نمیتوانیم وعده دهیم که از نظر استحکام مزایایی داشته باشد). یکی از رایجترین انواع آن PLA ابریشمی است که به قطعات درخشندگی، نرمی و براقیت فوقالعادهای میبخشد و برای قطعاتی مانند گلدانها محبوب است. PLA درخشان یا براق شامل ذرات بزرگ جرقه است که به وضوح قابل مشاهده است، بنابراین میتوانید قطعه چاپ شدهای داشته باشید که بدرخشد. PLA شبتاب در تاریکی میدرخشد به دلیل افزودنیهای خاصی که در فیلامنت وجود دارد. همچنین فیلامنتهای دو رنگ، رنگینکمانی و گرادینت وجود دارد که به قطعات PLA جلوهای رنگارنگ میدهد و نیاز به رنگآمیزی ندارد. برای ظاهری منحصر به فرد، میتوانید از فیلامنتهای PLA شفاف یا مات استفاده کنید.
با رویکردی کمی متفاوت به فیلامنتهای زیباییشناسی، فیلامنتهای ترکیبی که به تقلید از مواد طبیعی طراحی شدهاند، میتوانند چاپهای سهبعدی را به سطح جدیدی ارتقا دهند. PLA چوبی اغلب شامل ذرات واقعی چوب است تا ظاهری مانند چوب کار شده را به آن بدهد، که برای چاپهایی مانند پلاکها عالی است. فیلامنت PLA مرمر نیز یکی از گزینههای محبوب است و گاهی (اما نه همیشه) شامل ذرات کوچک سنگ برای ایجاد ظاهری شبیه به مرمر است.
فیلامنت PLA با عملکرد خاص
- PLA+ و Pro PLA: اصطلاحات «پلاس» و «پرو» در صنعت فیلامنت برای توصیف موادی که با افزودنیهای خاصی ترکیب شدهاند تا عملکرد آنها را بهبود بخشند، معمول است، معمولاً از نظر استحکام. PLA Pro و PLA+ گزینههای عالی برای چاپ قطعات کاربردی دنیای واقعی هستند که تحت فشارهای فیزیکی قرار خواهند گرفت اما همچنان آسان برای چاپ هستند.
- PLA با فیبر کربن: برای افزایش استحکام و دوام PLA، فیلامنت ترکیبی که شامل ذرات فیبر کربن است، وجود دارد، در حالی که بیشتر ویژگیهای آسانی در استفاده از PLA را حفظ میکند.
- دیگر ویژگیها: علاوه بر فیلامنتهای طراحیشده برای استحکام، انواع PLA وجود دارند که به بهبود سایر ویژگیهای فیزیکی مهم میپردازند. این شامل PLA نرم، فیلامنتی انعطافپذیر مشابه TPU، PLA مقاوم به حرارت و PLA هادی برای پروژههای الکتریکی با مقیاس کم است.
پایداری فیلامت PLA

همانطور که ذکر شد، پلاستیک PLA از گیاهانی مانند ذرت به جای مواد مضر مانند نفت خام، که بیشتر پلاستیکهای دیگر از آن تولید میشوند، تأمین میشود. این بدان معناست که PLA به طور کلی مادهای پایدار است، زیرا گیاهان نسبتاً تجدیدپذیر هستند.
با این حال، گیاهانی که برای تولید PLA لازم است، منبع مهمی برای غذای انسانها هستند و برخی میتوانند استدلال کنند که استفاده از این محصولات محدود برای تولید پلاستیک به جای غذا به نفع کره زمین نیست. در حال حاضر، تلاشهای تحقیقاتی به دنبال استفاده از محصولات جانبی محصولات کشاورزی به جای خود محصول برای تولید PLA هستند.
PLA به طور فنی زیستتجزیهپذیر است، اما حتی در محیط ایدهآل، تجزیه قطعات پلاستیکی PLA زمان زیادی میبرد. یک مطالعه نشان داد که در یک محیط کمپوستینگ کنترلشده، با گرما و موجودات تجزیهکننده برای تسریع فرآیند، PLA سه ماه طول کشید تا تجزیه شود.
در شرایط طبیعی و غیرقابلکنترل، PLA حتی بیشتر از سه ماه طول میکشد تا تجزیه شود. بنابراین، نمیتوانید فقط همه 3DBenchyهای قدیمی خود را در کمپوست یا بر روی زمین بیندازید. به جای آن، بهتر است PLA را به یک تأسیسات ویژه که قادر به بازیافت ضایعات چاپ سهبعدی است، ارسال کنید. بهعلاوه، میتوانید با خرید فیلامنتهای بازیافتی، مصرف مواد اولیه جدید را کاهش دهید. روشهای بازیافت ضایعات چاپی در سالهای اخیر به طور قابل توجهی بهبود یافتهاند، اما برخی شرکتها نیز بازیافتهای خود را از زبالههای صنعتی تأمین میکنند. در هر صورت، فیلامنتهای PLA بازیافتی همچنان میتوانند به زیبایی همانند مواد جدید چاپ شوند.
سمی بودن و ایمنی غذایی در فیلامنت PLA

در نهایت، مهم است که در مورد سمی بودن و ایمنی غذایی پلاستیک PLA صحبت کنیم، زیرا این یک عامل کلیدی در استفاده از هر مادهای است. PLA مادهای غیرسمی است و به طور نظری میتوان از آن برای تولید اقلام ایمن برای غذا استفاده کرد، بر خلاف پلاستیکهای دیگر چاپ سهبعدی مانند ABS. با این حال، عوامل زیادی بر ایمنی غذایی PLA تأثیر میگذارند، به ویژه اگر قطعهای چاپ سهبعدی شده باشد.
تنها به این دلیل که یک ماده غیرسمی است، به این معنا نیست که تماس آن با غذا ایمن است. به عنوان مثال، چاپ سهبعدی FDM قطعات را لایه به لایه تولید میکند و بین این لایهها شکافهای کوچکی وجود دارد. این شکافها میتوانند ذرات خارجی را به دام بیندازند و ممکن است قطعه را آلوده کنند و محیط مناسبی برای باکتریها فراهم کنند.
قبل از اینکه قطعه را با غذا در تماس قرار دهید، باید توجه داشته باشید که فیلامنت PLA از طریق اکسترودر، لوله، انتهای داغ و نازل عبور میکند - همه مکانهایی که ممکن است با مواد دیگر و بالقوه ناسالم تماس داشته باشند. پیشنهاد میکنیم قبل از اقدام به چاپ هر چیزی که با غذا در تماس خواهد بود، راهنمای ما برای چاپ قطعات ایمن غذایی را مطالعه کنید.
علاوه بر این، افزودنیهایی مانند پلاستیسایزرها اغلب به فیلامنتهای PLA اضافه میشوند که میتوانند عواقب ناشناخته (و آزمایشنشده) بر ایمنی غذایی فیلامنت داشته باشند. افزودنیها میتوانند از ماده خارج شوند، به ویژه وقتی که با مایعات خاص یا در دماهای بالا در تماس باشند. به همین دلیل، بهتر است از فیلامنتهای PLA استفاده کنید که مطابق با استانداردهای ایمنی غذایی فرموله و تولید شدهاند.
با در نظر داشتن این نکات، مهم است که به یاد داشته باشید که در حالی که پلاستیک خالص PLA غیرسمی و ایمن برای غذا است، مواد و ذرات دیگر میتوانند بر ایمنی قطعه نهایی تأثیر بگذارند.
خدمات پرینت سه بعدی PLA

برای کسانی که میخواهند قطعات PLA تولید کنند، با دیجی ساز میتوانید قطعات PLA را با استفاده از پرینت سه بعدی دریافت کنید. به این ترتیب، نیازی به نگرانی در مورد تنظیمات مناسب برای چاپگر خود نخواهید داشت! علاوه بر این، قطعه چاپشده با کیفیت بالا و بدون دردسر را در عرض چند روز دریافت خواهید کرد.
اگر با خدمات پرینت سه بعدی آشنا نیستید، ما دیجی ساز را پیشنهاد میکنیم. پس از بارگذاری مدل خود، میتوانید ماده، رنگ و استحکام قطعه خود را انتخاب نمایید و سپس با دریافت قیمت هوشمند و مقرون به صرفه آنلاین، پرینت سه بعدی خود را درب منزل دریافت کنید.