Guida al PLA per la stampa 3D

l PLA (acido polilattico) è una delle materie plastiche più utilizzate nel settore della produzione additiva. Inventato nel 1930 dal chimico Wallace Carothers, sviluppatore anche di nylon e neoprene, questo materiale può essere utilizzato in filamenti o pellet per stampanti 3D desktop o soluzioni industriali. A differenza di molte altre opzioni di materiali disponibili sul mercato, il PLA è considerato una termoplastica più sostenibile poiché deriva da fonti rinnovabili come l’amido di mais, le radici di tapioca o la canna da zucchero. Questo lo differenzia da altri materiali industriali composti principalmente da petrolio. Grazie alle sue origini più ecologiche, questo materiale è stato sempre tra i più utilizzati nel settore della stampa 3D. Il suo utilizzo si è diffuso di fatti in un’ampia varietà di settori e applicazioni. In questa guida impareremo tutto su questo materiale: le sue caratteristiche, le condizioni di stampa, alcune delle sue applicazioni, nonché i principali produttori sul mercato.

Produzione e caratteristiche del PLA

Come accennato, il PLA si ottiene da risorse organiche e rinnovabili come l’amido di mais, le radici di tapioca o la canna da zucchero. Infatti, la produzione del polimero è possibile grazie alla fermentazione di una di queste fonti di carboidrati. Più precisamente, il prodotto naturale viene macinato per separare l’amido dal mais, mescolandolo con monomeri acidi o lattici. Con questa miscela l’amido viene scisso in destrosio (D-glucosio) o zucchero di mais. Infine, la fermentazione del glucosio produce l’acido L-lattico, il componente base del PLA. Il risultato è un materiale ecologico e rinnovabile che, a seconda delle condizioni di temperatura e umidità, può diventare biodegradabile.

Il PLA è prodotto a partire da materiali sostenibili come l’amido di mais.

Negli ultimi anni, la sostenibilità dei filamenti di PLA è stata però messa in dubbio. Forse perché l’espressione “biodegradabile” spesso impiegata per fare riferimento a questo filamento ha portato a confusione. Infatti, sebbene creato da materiali rinnovabili che si trovano in natura, questo non rende necessariamente il materiale biodegradabile. Questo materiale si può decomporre, ma solo in determinate condizioni aerobiche. Ad esempio, il PLA si può degradare rapidamente se sottoposto a compostaggio industriale; in caso contrario, per decomporsi all’aria aperta può impiegare fino a 80 anni, diventando, come le altre plastiche dunque, inquinante.

Un’ulteriore proprietà di questo materiale è che è considerato un fluido pseudoplastico non newtoniano. Ciò significa che la sua viscosità (resistenza al flusso) cambia a seconda della sollecitazione a cui è sottoposto. Pertanto, non ha un valore di viscosità definito e costante, ma varia in base alle condizioni di produzione. In particolare, il PLA è un materiale a taglio sottile, il che significa che la viscosità diminuisce con lo stress applicato. Per saperne di più, vediamo di seguito le caratteristiche d’uso e il suo comportamento quando viene utilizzato come materiale per la stampa 3D.

Il PLA nella stampa 3D

Il PLA è uno dei materiali più utilizzati nella stampa 3D FFF, soprattutto da chi è alle prime armi con l’industria 3D, in quanto è molto facile da stampare. Si trova generalmente sotto forma di filamento, ma anche in pellet o granuli. Anche se la fonte di alimentazione del materiale e il sistema di fusione cambiano a seconda del formato di PLA (attraverso un estrusore per i filamenti o un serbatoio per i pellet), le caratteristiche del materiale e delle parti finali non variano da un tipo all’altro. Tuttavia, in questo articolo ci concentreremo maggiormente sul PLA in forma di filamento, poiché è la forma più comune in cui questo termoplastico si trova di solito.

Il PLA è una delle termoplastiche più utilizzate nella stampa 3D (foto: BMI Lab)

Questo materiale è un polimero semi-cristallino con una temperatura di fusione tra 170-180°C, inferiore a quella dei filamenti di ABS che iniziano a fondere tra 200 e 260°C. Ciò significa che quando si stampa con il PLA,  non è necessario riscaldare il piano di stampa o avere una camera di stampa chiusa. Allo stesso tempo, il filamento offre buone prestazioni, combinando un’elevata velocità di stampa con bordi abbastanza nitidi, a condizione che il materiale sia adeguatamente raffreddato. Inoltre, i pezzi ottenuti tendono ad avere una deformabilità molto bassa. L’unico svantaggio è che il filamento di PLA ha una viscosità più elevata rispetto ad altre termoplastiche standard che, se non si presta attenzione, può portare all’intasamento della testina di stampa. Inoltre, i filamenti hanno una durata di conservazione di almeno 1 anno se conservati a una temperatura compresa tra 15 e 25°C. Se confrontiamo il PLA con l’ABS, un’altra delle termoplastiche più utilizzate nella stampa 3D FDM, osserviamo che, in generale, il primo non ha la stessa resistenza e flessibilità del secondo, ma è anche meno soggetto a deformazioni. Tuttavia, è sempre consigliabile utilizzare il PLA in parti che non presentano un’elevata complessità meccanica, in quanto la sua lavorazione è molto più semplice.

In termini di post-processing, il PLA non richiede generalmente fasi complesse. Quando si rimuovono i pezzi, si possono riscontrare problemi di adesione del primo strato di stampa. Si consiglia quindi di utilizzare adesivi speciali sul piano di stampa per facilitare la rimozione dei pezzi. Per migliorare la superficie dei pezzi, l’utente può carteggiarli e trattarli con acetone, se necessario. I supporti, se utilizzati, possono essere facilmente rimossi con una pinzetta o sciolti se sono state utilizzate strutture di supporto solubili.

Applicazioni

Come già detto, il PLA è una plastica relativamente accessibile e facile da usare nella stampa 3D, soprattutto tra i maker. Ma questo non significa che abbia solo vantaggi. Le sue proprietà si traducono in parti stampate fragili, poco resistenti e sensibili alla luce solare e alle alte temperature. Per questo motivo viene utilizzato soprattutto dai principianti, in particolare per creare elementi decorativi, gadget e giocattoli.

Tuttavia, il PLA non è limitato al mondo dei maker. Anche molte industrie utilizzano questa termoplastica, ad esempio per la prototipazione. Ciò consente alle aziende di risparmiare molto denaro, invece di passare attraverso il processo di creazione degli stampi. Inoltre, sebbene non sia la prima opzione a cui ci si rivolge, anche settori come quello automobilistico possono trarre vantaggio dal filamento PLA. In questo caso, può essere utile per creare accessori per le auto o persino per alcuni elementi del cruscotto.

Il PLA è popolare tra i maker e per la prototipazione rapida (crediti fotografici: Markforged)

Tuttavia, è importante notare che il PLA ha una bassa temperatura di transizione vetrosa (temperatura al di sotto della quale un materiale amorfo si comporta da solido vetroso), che lo rende inadatto alle applicazioni dove è richiesta una maggiore resistenza alle temperature. Inoltre per quanto riguarda le industrie come quella alimentare, non è consigliabile, ad esempio, utilizzare questa termoplastica per creare tazze contenenti liquidi caldi. Tuttavia, è sicuro per il contatto con gli alimenti, motivo per cui è ampiamente utilizzato negli imballaggi.

Produttori e prezzo del PLA per la stampa 3D

Essendo uno dei materiali più popolari nell’ambito della stampa 3D, oggi quasi tutti i produttori di materiali offrono filamenti o pellet di PLA nella loro gamma di prodotti. Tra questi Polymaker, Recreus, Smart Materials o BASF attraverso il suo marchio Forward AM. Vale anche la pena di notare che i produttori di stampanti 3D FDM spesso offrono i propri filamenti. Ci sono molti produttori di PLA, come UltiMaker, Stratasys, Prusa o Zortrax, tra gli altri.

Per quanto riguarda il prezzo del filamento PLA, attualmente può variare a seconda dei colori e delle caratteristiche ricercate. I filamenti ibridi, come il filamento di legno o i filamenti rinforzati con fibre, aumentano notevolmente il prezzo. Tuttavia, il prezzo di un filamento standard è generalmente compreso tra 20 e 70 euro al chilogrammo. Infine, come già accennato, esistono anche stampanti 3D che possono stampare con pellet, una forma di materiale più conveniente del filamento, soprattutto perché non viene lavorato.

Crediti foto: Polymaker

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