Mực in 3D PLA: Từ sản xuất cho tới lúc tự phân hủy
PLA là một loại nhựa in 3D rất phổ biến hiện nay. Loại nhựa này cho tới thời điểm này chỉ được dùng cho máy in 3D FDM ( công nghệ nung và đùn sợi nhựa). Nhựa in 3D PLA tuy đắt hơn ABS ( về mặt giá thành sản xuất) nhưng vẫn được ngành in 3 chiều mến mộ bởi vì nó có rất nhiều ưu điểm vượt trội cả về mặt kỷ thuật và ứng dụng.
Có rất nhiều loại vật liệu , nhưng PLA là nhựa thân thiện và dễ dàng tạo hình sản phẩm nhất! Hầu hết những công ty in 3D đều dùng loại chất liệu này để tạo mẫu 3D ( chẳng hạn tại shop dịch vụ in 3D: https://www.facebook.com/Mayin3Dgiare.3DPrinterVietNam/ ).
Mời bạn cùng với Blogin3D tìm hiểu sâu hơn về loại nhựa khá mới mẻ này nhé!
Tạo mẫu 3D với nhựa PLA ( tại cty 3DPLUS.VN) , màu sắc khá phong phú!
Nhựa PLA, thuật ngữ khoa học – Poly (lactid acid) – có công thức hóa học là (C3H4O2)n , Mw=0,89-2,98. PLA thuộc nhóm poly (α-hydroxy ester), được điều chế từ nguồn nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên là tinh bột (đa phần từ tinh bột bắp). Nó là loại mực in 3D khá an toàn bởi vì có nguồn gốc sinh học, không độc hại trong hầu hết các điều kiện.
Một vài thông số quan trọng của nhựa PLA là:
Độ bền kéo và môđun đàn hồi cao (Tensile Strenght 55-75 MP, Young’s modulus 3-4GP). Nhựa PLA không cứng bằng ABS, nhưng độ dai thì lại hơn.
Tỷ trọng 1.3gram/cm3.
Độ dãn dài (5-7%)
Nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp Tg (60-68oC) dẫn đến khả năng ổn định thấp.
Nhiệt độ nóng chảy ( nhiệt độ in) : 180 độ C
( giá hiện tại của PLA trên thị trường là 2,6-3,2 USD/kg, trong khi PP, PE, PA chỉ có 1,2-1,8 USD/kg!)
Bảng Tính chất hóa lý cơ bản của 3 dạng PLA (Xiao, et al., 2012)
Người ta tạo ra nhựa sinh học PLA như thế nào?
Nhựa PLA chủ yếu được tổng hợp bằng phương pháp polymer hóa Lactic acid thành PLA có khối lượng phân tử thấp (vài nghìn đến vài chục nghìn đvC) sau đó tăng phân tử khối bằng các tác nhân kéo dài mạch cho đến khối lượng phân tử mong muốn.
Phương trình polymer hóa bằng phương pháp polymer hóa trực tiếp được thể hiện ở hình sau:
Phương pháp polymers hóa trực tiếp nhựa PLA
Khi đã có được PLA “thô”, người ta làm nguội, cô đặc và có thể nghiền/cắt thành từng hạt nhỏ đóng gói và chuyển tới nhà máy sản xuất. Nhựa PLA có thể dùng làm bao bì tự phân hủy, màng co an toàn môi trường…
Ở trong phạm vi bài viết này, Blogin3D xin giới thiệu video sản xuất ( kéo chỉ) sợi nhựa in 3D:
Hạt nhựa nguyên sinh PLA được nung chảy và nhào trộn với một số phụ gia đặc biệt. Các phụ gia này giúp cho việc tạo mẫu trên máy in 3D dễ dàng hơn ( nhự nhanh khô, mẫu in chất lượng hơn, màu sắc đa dạng hơn…). Nhựa được đùn qua một lỗ nhỏ có đường kính chuẩn 1,75mm hoặc 3mm rồi qua một bể làm mát. Sợi nhựa sau cùng được cuộn thành các spool như trên video.
Hạt nhựa nguyên sinh PLA
Xin bật mí thêm: Nhà máy PLA lớn nhất thế giới hiện nằm ở Blair, bang Nebraska, Mỹ. Tại đó, tinh bột ngô được chuyển hóa thành glucoza, sau đó glucoza được lên men một phần để chuyển hóa thành axit lactic. Công suất của nhà máy là 250.000 tấn/ năm, thấp hơn khoảng 1.000 lần sản lượng của toàn bộ ngành sản xuất polyme. Tuy nhiên, ngày nay PLA đã có mặt trong nhiều loại sản phẩm bao bì có thể phân hủy, ví dụ cốc chén và khay đựng hoa quả trong các nhà hàng, và cả trong các sản phẩm hàng hóa lâu bền, như sợi Ingeo dùng trong ngành dệt may.
Mẫu in 3D làm từ vật liệu PLA bị phân hủy ra sao?
Tuy PLA đã nhận được nhiều khen ngợi của các nhà bảo vệ môi trường, nhưng nó cũng có một số nhược điểm quan trọng. Chẳng hạn, PLA không bị phân hủy hoặc phân hủy sinh học trong các bãi chôn lấp thông thường, tương tự như các loại polyme truyền thống.
Trong khi đó, việc vận chuyển các sản phẩm làm từ PLA đến các địa điểm làm phân trộn công nghiệp để tiến hành phân hủy sinh học thường là không khả thi.
Hơn nữa, phạm vi nhiệt độ hữu ích của PLA bị hạn chế do nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh thấp ( 55oC), trên nhiệt độ polyme sẽ mất đi tính chất cứng và bị biến dạng. Vị vậy, bao bị PLA không thích hợp để đựng đồ uống hoặc thức ăn nóng, trên cốc nhựa PLA thường có ký hiệu cảnh báo “Chỉ sử dụng cho đồ uống nguội”.
PLA là một polyme có thể tự huỷ bởi ôxy được sinh ra bởi các vi sinh vật có trong đất. Vì thế nó còn có tên gọi là polyme tự huỷ sinh học. Được sử dụng rất nhiều trong bao gói thức ăn và các hàng hoá khác, phải cần ít nhất từ 2 đến 3 năm để loại túi nhựa thông thường có thể tự phân hủy hoàn toàn.
Để tạo thuận loại cho quá trình tiêu huỷ nhanh sinh học của loại nhựa này, các nhà nghiên cứu đã đưa vào giữa 2 lớp PLA một chất hoá học giúp là tăng cường sự phân huỷ của PLA. Khi màng nhựa nóng lên, chất hoá học này phát ra bề mặt vật liệu và kích thích nhanh sự tiêu huỷ của PLA bởi ôxy. Một ưu điểm nữa của PLA là có thể được đốt ra tro mà mức độ gây hại môi trường giảm hơn nhiều so với đốt các vật liệu bao gói truyền thống.
Và khi nhựa PLA bị phân hủy bởi những vi sinh vật có trong đất hoặc không khí, kết quả là tạo ra khí CO2 và H2O.
Bạn cần tư vấn thêm về lựa chọn mực in 3D phù hợp, trường hợp nào nên dùng nhựa ABS/PLA hoặc các phương pháp in 3D với chất liệu PLA. Hãy comment dưới bài viết này, hoặc ghé shop IN 3DPLUS để được các kỹ thuật viên hỗ trợ MIỄN PHÍ! Bạn cũng có thể tham khảo bảng báo giá sợi nhựa in 3D ABS PLA: http://in3dplus.com/shop/soi-nhua-in-3d-abs-pla/
