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PLA als Material für den 3D-Druck

Am 19. August 2019 von Lukas Johannes B. veröffentlicht

PLA-Filament, umgangssprachlich auch Polymilchsäure, ist ein Thermoplast, das aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Maisstärke, Tapiokawurzeln oder Zuckerrohr, hergestellt wird – im Gegensatz zu anderen industriellen Materialien, die hauptsächlich aus Erdöl bestehen. Aufgrund seiner ökologischeren Herkunft hat sich dieses Material in der Industrie immer mehr durchgesetzt, und wir haben begonnen, es in medizinischen Anwendungen sowie in Lebensmitteln zu verwenden.

Um dieses Material in dieser Woche näher kennenzulernen, haben wir einen kompletten Leitfaden zum PLA-Filament im 3D-Druck erstellt: Was sind die besten Druckparameter, worin unterscheidet es sich vom ABS-Filament, welche Hersteller gibt es derzeit, wann ist es am besten einsetzbar und für welche Anwendungen?

PLA, eines der am häufigsten verwendeten Filamente im 3D-Druck.

Die Herstellung von PLA-Kunststoff

Die sogenannten Polyactide (PLA)  wurde in den 1930er Jahren von dem amerikanischen Chemiker Wallace Carothers entdeckt, der vor allem für die Entwicklung von Nylon und Neopren im Chemieunternehmen DuPont bekannt ist. Doch erst in den 1980er Jahren wurde PLA schließlich für die amerikanische Firma Cargill produziert.

Dieses thermoplastische Polymer wird durch Fermentieren einer Kohlenhydratquelle, wie z. B. Maisstärke, hergestellt. In diesem Fall wird das Naturprodukt gemahlen, um die Stärke vom Mais zu trennen und mit Säure- oder Milchmonomeren zu mischen. Mit dieser Mischung wird die Stärke in Dextrose (D-Glukose) oder Maiszucker zerlegt. Schließlich produziert die Glukosefermentation L-Milchsäure, welche die Basiskomponente von PLA darstellt. Dieses Material gilt als nicht-newtonsche pseudoplastische Flüssigkeit. Das bedeutet, dass sich seine Viskosität (Fließwiderstand) je nach Belastung ändert. PLA ist insbesondere ein fein geschnittenes Material, d. h. die Viskosität nimmt mit zunehmender Belastung ab.

Der PLA-Faden im 3D-Druck

PLA-Filamente haben sich in der additiven Fertigung aufgrund ihrer Herkunft aus erneuerbaren Produkten und der guten mechanischen Eigenschaften des Materials durchgesetzt. Dabei stellen sie auch die bevorzugte Wahl für Menschen dar, die ihre ersten Schritte in der 3D-Industrie machen, da es sehr einfach zu drucken ist. Dieses Material, das als teilkristallines Polymer gilt, weist eine Schmelztemperatur von 180ºC auf, die im Vergleich zum ABS-Filament (bis zu 260°C) relativ niedrig ist. Das bedeutet, dass beim Drucken mit PLA die Verwendung einer beheizten Druckschale sowie eine geschlossene Kammer nicht erforderlich ist. Der einzige Nachteil ist, dass das PLA-Filament eine höhere Viskosität aufweist, was den Druckkopf verstopfen könnte, wenn man nicht vorsichtig genug ist.

Zudem sind die mechanischen Eigenschaften zu dem ABS-Filament unterschiedlich: Letzteres ist viel widerstandsfähiger und flexibler, obwohl PLA eine höhere Hitzebeständigkeit aufweist, sodass es auch häufig in der Lebensmittelindustrie eingesetzt wird. Dennoch wird PLA immer dann empfohlen, wenn das Projekt keine große mechanische Komplexität aufweist, da die Arbeit damit viel einfacher ist.

Das PLA-Filament erfordert keine aufwendige Nachbearbeitung, kann bei Bedarf geschliffen oder mit Aceton behandelt werden und die Träger sind in der Regel sehr leicht zu entfernen. Es kann zu kleinen Unannehmlichkeiten mit der ersten Druckschicht kommen, daher wird empfohlen, ein Klebeband für die Druckschale zu verwenden, welches das Ablösen des Teils erleichtert.

pla

Ist PLA wirklich nachhaltig?

Der Faktor Nachhaltigkeit des PLA-Filaments wurde in den letzten Jahren häufig in Frage gestellt. Denn der Begriff „biologisch abbaubar“ hat möglicherweise zu Verwirrung geführt. Tatsächlich wird das Filament aus Materialien der Natur hergestellt. Wenn es aber darum geht, wie biologisch abbaubar es ist, ist die Antwort nicht so einfach, da es sich um eine Zersetzung unter bestimmten aeroben Bedingungen handelt. PLA kann sich bei industrieller Kompostierung schnell abbauen, ansonsten kann es bis zu 80 Jahre dauern, bis es sich im Freien zersetzt und zu einem plastischen Schadstoff wird.

Haupthersteller von PLA-Filamenten

Heutzutage gibt es für dieses beliebte Material viele Hersteller. Zu den Bekanntesten gehört das österreichische Unternehmen WeforYou, ein Entwickler von Polymeren und nachhaltigen Lösungen. Das deutsche Unternehmen Evonik konzentriert sich auf die Entwicklung von PLA für den medizinischen Bereich, das amerikanische Unternehmen NaturaWorks ist ein großer Hersteller von Biopolymeren, und das niederländische Unternehmen Corbion fokussiert sich auf die Entwicklung von Hochleistungsharzen mit PLA.

Der Preis von PLA-Filament kann derzeit je nach Farbe und Ausstattung variieren. Hybride Filamente, wie z. B. Holz, können den Preis steigen lassen. Im Allgemeinen liegt der Preis für ein heimisches Filament zwischen 20 € und 70 € pro Kilogramm. Es gibt auch 3D-Drucker, die in der Lage sind, Pellets herzustellen, was den Materialpreis drastisch senken würde.

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Vor allem beim Verfahren der Schmelzschichtung (FDM) im Einsatz

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