Экологичные биоразлагаемые материалы для 3D-печати: устойчивые решения

3D-печать открыла мир производственных возможностей. Этот аддитивный процесс используется для изготовления как простых, так и высокосложных деталей быстро и по низкой стоимости. Существует различные типы технологий 3D-печати, используемые сегодня. Однако многие из них следуют одному и тому же общему принципу работы: материал нагревается до полуплавистого состояния и наносится слой за слоем 3D-принтером, используя информацию из CAD-модели, пока деталь не будет сформирована. Процесс 3D-печати требует, чтобы материалы могли проходить плавление, переформовку и повторное затвердевание или твердение без значительных изменений в своих свойствах.

В результате термопластики, обладающие требуемыми характеристиками, являются наиболее часто используемыми материалами в 3D-печати. Однако пластики не биоразлагаемы. Они представляют риск для окружающей среды, если не утилизированы должным образом. По этой причине прилагаются огромные усилия для разработки биоразлагаемых (экологически чистых) материалов, совместимых с 3D-печатью и пригодных для создания полностью функциональных деталей.

В этой статье Xometry рассматривает биоразлагаемые материалы для 3D-печати, уже доступные на рынке, такие как PLA, и те, которые все еще разрабатываются для эффективной 3D-печати.

PLA

PLA (полилактид) — самый популярный и доступный биоразлагаемый пластик, используемый в 3D-печати.

Этот полиэстер создается из молочной кислоты, получаемой ферментацией углеводных источников, таких как сахарный тростник и крахмал, в контролируемых условиях. PLA производится из молочной кислоты либо прямым конденсацией лактидных мономеров, либо полимеризацией лактида, производного молочной кислоты.

PLA используется преимущественно в сочетании с FDM 3D-печатью. Это термопластик, который можно плавить и переформовки без потери свойств. Он также обладает хорошими механическими свойствами, сравнимыми с полипропиленом и полиуретаном. Его тепловые свойства удовлетворительны, но не отличны по сравнению с ABS.

Некоторые преимущества PLA, помимо биоразлагаемости:

• Производится из естественных возобновляемых источников
• Сертифицирован как безопасный для пищевой упаковки
• Нетоксичен и может использоваться для медицинских применений

Некоторые недостатки:

• Биоразлагается только в специфических, контролируемых условиях компостирования
• Существует дискуссия о том, что большие количества пищевых продуктов, таких как кукуруза, используются для производства биопластиков.
• Несколько уступает в прочности и кристалличности по сравнению с обычными нефтепродуктовыми пластиками.

PLA широко используется в столовых приборах, пищевой упаковке, здравоохранении, текстиле и косметике. Это одна из самых распространенных нитей для 3D-печати.

---

Не стесняйтесь выбирать PLA как одну из опций среди материалов Xometry для 3D-печати.

---

PHA

PHA (полигидроксиалканоаты) — это биопластик, производимый путем выращивания специфических бактерий. Материал синтезируется в клетках бактерий и извлекается в виде высокорефлектирующих гранул.

PHA гораздо менее популярен в 3D-печати, чем PLA, и все еще находится в стадии разработки. В настоящее время он практически недоступен на рынке и поэтому дороже. С положительной стороны, он биоразлагается гораздо быстрее, за всего от одного до трех месяцев. Свойства полимеров PHA немного варьируются в зависимости от их химического состава. Они являются термопластичными, эластичными и обладают хорошей влагостойкостью.

Преимущества PHA:

• Биоразлагается за менее чем три месяца
• Обладает желательными пластиковыми свойствами
• Производится естественным путем из бактерий
• Устойчив к УФ-излучению

Ограничения:

• Дорог в производстве
• Мало доступен для потребителей

По сравнению с другими биопластиками PHA имеет меньшую гибкость, меньшую прочность и более низкие тепловые свойства.

PHA все еще проходит много исследований для использования в 3D-печати. Большинство текущего использования этого материала — в создании композитов с другими пластиками.

FLAM

Материал, похожий на грибной аддитив (FLAM) — еще один природный материал, который может потенциально революционизировать 3D-печать. FLAM изготовлен из целлюлозы и хитина, двух самых распространенных полимеров на Земле. Этот высокоуниверсальный материал можно адаптировать для столярного дела, литья, формовочного литья и 3D-печати. Его механические характеристики почти идентичны полиуретановой пене. FLAM — очень новый материал, не доступный на рынке и все еще требующий дальнейших исследований. Однако он уже показывает большой потенциал, как видно в этом исследовании.

Преимущества FLAM:

• Изготавливается из устойчивых и обильно доступных природных источников
• Очень универсален и может быть адаптирован для различных производственных процессов
• Очень доступен по цене, в десять раз дешевле ABS или PLA

Ограничения FLAM:

• Относительно новый материал, требующий многих исследований
• Процесс 3D-печати FLAM сложен

Композитные материалы

Из-за ограничений, присущих многим биоразлагаемым материалам, разрабатываются и используются композиты — комбинации двух или более материалов для формирования нового материала. Эти композиты объединяют преимущества исходных материалов, часто устраняя или значительно снижая их ограничения. Некоторые биоразлагаемые композиты, доступные для 3D-печати, включают:

• Пластик на основе водорослей PLA
• PLA + PHA
• WoodFill (70% PLA и 30% древесное волокно)

Но они все еще не широко используются.

Рециклированные нити

Хотя они не биоразлагаемы, нити из переработанного пластика экологически ответственны, так как сделаны из пластика, который иначе оказался бы на свалках. Большинство популярных пластиков, используемых в 3D-печати, поддаются переработке.

Заключение

Поскольку мир сейчас более осведомлен о опасностях пластикового загрязнения, чем когда-либо, предпринимаются различные шаги для сокращения использования пластиков. Один из этих шагов — разработка биоразлагаемых материалов, которые можно печатать в 3D, чтобы использовать мощь этого замечательного производственного процесса, защищая окружающую среду.

На данный момент единственным широко доступным биоразлагаемым материалом для 3D-печати является PLA. Загрузите свои модели на нашу платформу мгновенного расчета стоимости, чтобы получить расчет для ваших деталей из PLA от Xometry.