فیلامنت PLA یا اسید پلی لاکتیک Poly Lactic Acid نوعی ترموپلاستیک تجزیه شونده است که از نشاسته ذرت یا نیشکر به عنوان ماده اصلی تشکیل دهنده آن استفاده می‌شود. این نوع فلامت یکی از محبوب‌ترین متریال‌ها در ساخت لوازم پلاستیکی، از ظروف یکبار مصرف گرفته تا ایمپلنت‌های پزشکی است. فیلامنت PLA با توجه به خواص و ویژگی‌هایی که دارد امروزه به عنوان یکی از رایج‌ترین مواد اولیه‌ی پرینتر سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجا که PLA از مواد اولیه ارگانیک ساخته می‌شود کاملا تجزیه پذیر است و به راحتی به چرخه طبیعت باز می‌گردد. این نوع فیلامنت بر خلاف سایر مواد پلیمری به طبیعت آسیب نمی‌رساند و دوستدار محیط زیست است. همچنین ساخت مصنوعات با استفاده از PLA بسیار راحت بوده و قابل استفاده در انواع مختلفی از پرینترهای سه بعدی می‌باشد. در حال حاضر از این نوع فلامنت در صنایع به شکل گسترده‌ای استفاده می‌شود. از این رو در این فرصت قصد داریم ویژگی‌ها و مزایای فیلامنت PLA را مورد بررسی قرار دهیم.
فهرست مطالب
فیلامنت PLA یا Poly Lactic Acid رایج‌ترین نوع فلامنت در صنایع است و برای ساخت طیف وسیعی از مصنوعات مورد استفاده قرار می‌گیرد. ویژگی‌های منحصر به فرد این فلامنت موجب شده که در هر نوع پرینتر سه بعدی، مبتدی تا حرفه‌ای قابل استفاده باشد. PLA نوعی ترموپلاست است که از مواد کاملا ارگانیک و طبیعی ساخته می‌شود. از این رو علاوه بر اینکه در حین استفاده در پرینتر سه بعدی تولید گاز سمی و بد بو نمی‌کند بلکه برای محیط زیست هیچگونه خطری ندارد و به سرعت به چرخه طبیعت باز می‌گردد. برای آشنایی با فیلامنت PLA باید بگوییم برای تولید این متریال در کشور آمریکا و کانادا از نشاسته ذرت و در سایر کشورها از ساقه نیشکر به عنوان ماده اصلی استفاده می‌شود.
فیلامنت PLA به طرز گسترده‌ای در صنایع پزشکی، بسته بندی، ظروف یکبار مصرف، منسوجات و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجا که PLA هیچ گونه آسیبی به محیط زیست نمی‌رساند و سلامت انسان را به خطر نمی‌اندازد، گزینه‌ی بسیار مناسبی برای تولید ظروف یکبار مصرف و بسته بندی مواد خوراکی است. مصنوعات ساخته شده با فیلامنت PLA تنها در مدت 6 الی 2 سال تجزیه شده و کاملا به محیط زیست باز می‌گردند. در حالی که فرایند تجزیه موادی چون پلی استایرن و پلی اتیلن 500 تا 1000 سال به طول می‌انجامد.
اصلی‌ترین ماده تشکیل دهنده فیلامنت PLA لاکتیک اسید است. لاکتیک اسید یا هیدروکسی پروپیونیک اسید نوعی اسید آلی هیدروکسیلی ضعیف و با ملکول‌های بسیار سبک می‌باشد. این ساختار، PLA را برای ساخت قطعات زیست تخریب پذیر با عمر 6 تا 12 ماه مناسب می‌سازد. اگرچه PLA در برابر گرما مقاومت کمی دارد و در معرض نور خورشید دچار انقباض می‌شود، اما استفاده از آن را در پرینتر سه بعدی سهولت می‌بخشد. فیلامنت PLA در دمای ۱۸۰ تا ۲۳۰ درجه سانتیگراد آماده استفاده در چاپگر سه بعدی است.
فیلامنت PLA به خودی خود شفاف و نیمه بلور است. همچنین دمای ذوب آن 190 تا 220 درجه سانتیگراد بوده که در مقایسه با دمای ذوب 210 تا 260 درجه سانتیگراد فیلامنت ABS بسیار پایین‌تر است. این بدان معناست که به هنگام چاپ الزامی برای استفاده از بستر چاپ وجود ندارد. البته بزرگ‌ترین عیب فیلامنت PLA را می‌توان گرانروی بالای آن دانست که باعث مسدود شدن نازل چاپ پرینتر سه بعدی می‌شود.
مقاومت و انعطاف پذیری PLA در مقایسه با ABS کمتر است. اما قطعه ساخته شده نیاز چندانی به پرداخت ندارد. در صورت لزوم می‌توان با استفاده از سمباده و کلروفرم سطح محصول نهایی را صیقلی کرد. فیلامنت PLA متریالی بسیار مناسب برای کاربردهای مختلف است. اگرچه خصوصیات مکانیکی آن نسبت به سایر فیلامنت‌ها کمی دلسرد کننده است، اما استفاده از آن در پرینتر سه بعدی به مراتب آسان‌تر است و تنوع رنگی بیشتری دارد. بنابراین از متریال PLA برای قطعاتی که تحت فشار یا کشش قرار نمی‌گیرند مانند نمونه سازی سریع و مدل سازی به وفور استفاده می‌شود.
همان طور که به آن اشاره شد ، فیلامنت PLA دارای تنوع زیادی در رنگ و نوع است. این فیلامنت در رنگ های مختلف و همچنین در انواع گوناگونی عرضه می شوند. نمونه هایی مانند نمونه های طرح چوب ، شفاف ، شب رنگ و … شکل های گوناگونی از همین فیلامنت هستند.
برای اختصاص دادن چنین ویژگی هایی لازم است ترکیباتی به ماده اصلی اضافه شود که مواد اضافه شده ، معمولا ناخالصی بیشتری را به فیلامت می دهند که میتواند منجر به گرفتگی نازل یا خرابی بلوک شود.
PLA نخستین بار در سال 1930 و توسط شیمیدان آمریکایی والاس کاروترز به جهان معرفی شد. اما در سال 1980 خواص و ویژگی‌های PLA مورد توجه قرار گرفت و تولید انبوه آن توسط شرکت آمریکایی Cargill آغاز گردید. این نوع پلیمر ترموپلاستیک با تخمیر کربوهیدرات نشاسته ذرت یا نیشکر تولید می‌شود. برای این کار با آسیاب کردن ذرت، نشاسته را جدا کرده و با مونومرهای اسیدی یا لاکتیکی مخلوط می‌کنند. با این کار قند موجود در نشاسته ذرت یا گلوکز D شکسته می‌شود. سپس با تخمیر گلوکز اسید، لاکتیک که ماده اصلی فیلامنت PLA است تشکیل می‌گردد.
خواص و ویژگی‌های فیلامنت PLA، این متریال را گزینه‌ی بسیار مناسبی برای ساخت قطعات پلاستیکی، ظروف بسته بندی و یکبار مصرف، لوازم پزشکی، پین‌ها، پیچ‌ها، صفحه‌ها و میله‌های زیست تخریب پذیر با عمر 6 تا 12 ماه کرده است. با اینکه متریال PLA در برابر گرما و نور خورشید دچار انقباض می‌شود. اما فرایند ذوب و چاپ را برای دستگاه پرینتر سهولت می‌بخشد. ماهیت لاکتیک اسید، امکان ساخت مدل‌های مختلفی از فیلامنت PLA را میسر می‌سازد. ماده اصلی تشکیل دهنده PLA نشاسته ذرت و نیشکر است. علاوه بر این با افزودن مواد متفرقه می‌توان به خواص متفاوتی از فیلامنت PLA دست یافت. اگرچه افزودن این مواد، ناخالصی را در رشته‌های فلامنت افزایش داده و کیفیت چاپ را تحت تاثیر قرار می‌دهند. همچنین با افزودن مواد دمای لازم برای چاپ در انواع متریال PLA در مدل‌های مختلف متفاوت می‌شود.
مزایای فراوان فیلامنت PLA موجب شده تا به وفور در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه به طور اختصار به شاخص‌ترین مزایای PLA خواهیم پرداخت.
هر نوع متریالی در کنار مزایا و ویژگی‌هایی که دارد، از معایبی نیز برخوردار است. فیلامنت PLA از این قاعده مستثنی نیست. اما ویژگی‌ها و مزایای آن به معایبش می‌چربد و PLA را به یکی از محبوب‌ترین فیلامنت‌ها بدل کرده است.
در هنگام استفاده از فیلامنت PLA باید چند نکته بسیار مهم را مد نظر قرار دهید.
یکی از نکات بسیار موثر در کیفیت محصول نهایی، تنظیم حرارت پرینتر سه بعدی متناسب با متریال مورد استفاده است. دمای بالاتر از حد تحمل موجب برهم خوردن فرم قطعه و عدم مطابقت لایه‌ها بر روی دیگر در حین پرینت می‌شود. بهترین دما برای استفاده از فیلامنت PLA در پرینتر سه بعدی 190 تا 220 درجه سانتیگراد است. به طور معمول بر روی قرقره فلامنت میزان مناسب دما درج شده است. همانطور که پیشتر عنوان شد فیلامنت PLA انواع مختلفی دارد. دمای مناسب پرینت هر یک از آنها ممکن است متفاوت باشد. از این رو قبل از شروع فرایند چاپ، بهتر است راهنمای چاپ شده بر روی بسته بندی را به طور دقیق مطالعه نمایید.
استفاده از بستر گرم شونده یا Heated Bed برای اکثر فیلامنت‌ها ضروری و لازم است. عدم استفاده از بستر گرم شونده استحکام سطح تماس لایه‌ی نخست با صفحه چاپ را کاهش داده و باعث جدا شدن لبه‌های آن می‌گردد. اما فیلامنت PLA نیاز چندانی به بستر گرم شونده ندارد. با این وجود در صورتی که بستر گرم شونده را بر روی دمای 60 درجه سانتیگراد تنظیم کنید کیفیت چاپ افزایش می‌یابد.
همانطور که می‌دانید قطعاتی که با پرینت سه بعدی ساخته می‌شوند از لایه‌های مختلف تشکیل شده‌اند. این لایه‌ها ظاهری پله‌ای بر روی سطح قطعه به وجود می‌آورند. از این رو برای افزایش کیفیت کار باید سطح قطعه را کمی پرداخت نمایید. از کلروفرم مایع به عنوان حلال فیلامنت PLA استفاده می‌شود. با استفاده از حلال PLA می‌توانید سطح محصول نهایی را صیقل دهید. توجه داشته باشید که کلروفرم همان ماده بیهوشی است و به طرز خطرناکی اشتعال پذیر است. بنابراین در هنگام استفاده از آن موارد ایمنی را رعایت کنید.
فیلامنت PLA یکی از محبوب‌ترین و رایج‌ترین متریال مورد استفاده در پرینترهای سه بعدی است. از آنجا که این ماده اولیه از محصولات گیاهی و تجدید پذیر ساخته شده، جایگزین بسیار مناسبی برای پلیمرهای فسیلی و شیمیایی محسوب می‌گردد. فیلامنت PLA برخلاف سایر پلیمرها در مجاورت حرارت هیچ گونه گاز سمی تولید نمی‌کند و برای سلامت ضرری ندارد. از این رو برای ساخت ظروف غذا و لوازم پزشکی بسیار مناسب است. از سوی دیگر خواص مکانیکی این متریال، استفاده از آن را برای افراد مبتدی و حرفه‌ای چاپ سه بعدی آسان کرده است. فیلامنت PLA برای ساخت محصولاتی که به خصوصیاتی چون مقاومت مکانیکی و تجزیه پذیری وابسته نیستند ایده آل است.
پیشنهاد می کنیم فایل صوتی زیر که خلاصه ای از مقاله بالا است را نیز گوش فرادهید.
اگر علاقه مند به شنیدن پادکست های آموزشی پارسیان تری دی هستید لینک زیر را کلیک کنید .
