PLA: tutto quello che devi sapere sul filamento più usato nella stampa 3D

Il filamento PLA è di gran lunga il materiale più popolare utilizzato nella stampa 3D FDM desktop.

Il PLA è un materiale da stampa 3D facile da usare, sicuro, economico ed è disponibile in una vasta gamma di compositi, rendendolo ideale per (quasi) qualsiasi applicazione.

In questa guida ho raccolto tutte le informazioni che riguardano il filamento in PLA per la stampa 3D, entrando nel dettaglio di alcuni temi che spesso non vengono trattati: ti spiegherò come si produce il PLA, i suoi pro e contro, i migliori metodi di post-produzione e capiremo se si tratta di un materiale tossico o meno.

Ready? Scaldiamo gli estrusori e iniziamo!

Che cos'è il PLA

PLA è l'abbreviazione di acido polilattico, un polimero termoplastico derivato da risorse naturali, in particolare amido di mais o canna da zucchero. Ciò distingue il materiale da altre plastiche comunemente utilizzate ottenute attraverso la distillazione e la polimerizzazione di riserve di petrolio non rinnovabili.

Il PLA è considerato un materiale biodegradabile in larga misura grazie alle sue origini organiche. Ciò significa che, se lasciato decomporre, alla fine verrà scomposto da microrganismi presenti in natura come batteri e funghi. In realtà serve molto tempo per far sì che il processo di decomposizione avvenga. In condizioni di compost ideali, la plastica PLA impiega tre mesi per decomporsi.

Tuttavia, altri materiali termoplastici possono impiegare fino a mille anni per decomporsi, facendo risaltare il PLA come un materiale più rispettoso dell'ambiente, quantomeno sulla carta.

Il materiale PLA è usatissimo nella stampa 3D FDM e, di conseguenza, il filamento PLA è disponibile in vari colori e miscele e i materiali innovativi.

Al di fuori della stampa 3D, il PLA viene utilizzato anche per produrre imballaggi alimentari e stoviglie usa e getta. Ma all'interno della sfera della stampa 3D FDM, il filamento PLA è ampiamente considerato come un materiale facile da stampare, con finalità estetiche, e meglio utilizzato per la prototipazione.

Torna all'Indice

Come si produce il PLA

Per produrre il filamento PLA, i produttori iniziano con una resina granulata grezza di colore chiaro. Il materiale viene inserito in una macchina tipo blender, miscelandolo con i pigmenti e/o gli additivi che producono un particolare colore o proprietà meccaniche.

Da lì, il materiale viene solitamente asciugato a 60 – 80 °C, il che riduce la possibilità che il filamento PLA scoppi o ostruisca l'ugello della stampante 3D. Questo processo è a tutti gli effetti una prima fase di essiccazione del filamento.

Il materiale granulato entra in un estrusore a vite singola, dove viene riscaldato, miscelato ed estruso in un filamento solido. Questo filamento viene quindi inserito in un serbatoio di acqua calda, che raffredda il materiale in una forma rotonda. Infine, il filamento rotondo viene fatto passare attraverso un serbatoio di acqua fredda e avvolto su una bobina.

Il filamento PLA è disponibile in due dimensioni per la stampa 3D FDM: 1,75 mm e 2,85 mm. Questa dimensione del diametro è determinata dalla velocità con cui il produttore del materiale tira il filamento attraverso lo stampo.

Torna all'Indice

I pro del PLA

Ci sono una serie di vantaggi nella stampa 3D con filamento PLA, soprattutto se sei un principiante o cerchi un'esperienza di stampa senza intoppi.

• Facile da stampare: il PLA è semplicissimo da stampare. Praticamente tutte le stampanti 3D possono stampare questo materiale in quanto non richiede nemmeno un letto riscaldato. Il PLA richiede temperature relativamente basse rispetto ad altri materiali di stampa, non richiede un volume di stampa chiuso e può essere stampato piuttosto velocemente (circa 60 mm/s). La post-elaborazione è anche più semplice quando si tratta di PLA, consentendoti di migliorare la qualità della superficie con un po' di levigatura e rifilatura.
   
• Economico: il PLA è piuttosto economico da acquistare rispetto ad altri materiali di stampa più speciali come nylon o policarbonato (PC), rendendolo un'ottima opzione per la prototipazione rapida e, in generale, per i produttori con un budget limitato.
   
• Ampia gamma di colori e opzioni: il filamento PLA è disponibile in tanti colori diversi perché il materiale stesso è facilmente pigmentabile. I produttori hanno realizzato questo filamento in quasi tutti i colori immaginabili. Inoltre, in questa guida ho elencato le miscele composite e speciali.
   
• Biodegradabile ed ecologico: poiché il PLA proviene da fonti naturali, viene considerato sostenibile a livello ambientale a differenza di altre materie plastiche (ad esempio l'ABS) prodotte dalla raffinazione del petrolio greggio.
   
• Non tossico: il PLA non è tossico quando può essere mantenuto incontaminato, espandendo le sue applicazioni ad aree come l'industria medica e alimentare.
   
• Limite a fumi dannosi: i fumi vengono inevitabilmente rilasciati quando i materiali termoplastici vengono sciolti e questi fumi, in particolare da materiali tossici come l'ABS, possono contenere sostanze nocive e persino agenti cancerogeni. Il PLA può rilasciare alcuni fumi, ma in genere questi sono inodori e i relativi rischi sono limitati rispetto ad altri polimeri.

Torna all'Indice

I contro del PLA

Sebbene vi siano numerosi vantaggi nell'utilizzo del filamento PLA, questo materiale presenta alcuni inconvenienti.

Ad esempio, il filamento in PLA tende a deformarsi o fondersi quando viene avvicinato al calore, rendendolo poco pratico per le parti che richiedono resistenza al calore. È anche meno robusto dell'ABS o del PETG, rendendolo migliore per usi estetici piuttosto che meccanici.

Inoltre, il PLA non è sicuro per gli alimenti ed è di natura piuttosto fragile, il che lo rende più incline a rompersi sotto stress.

• Fragile e relativamente debole: lo svantaggio più evidente del PLA è la sua bassa resistenza alla flessione. Le parti in PLA stampate in 3D sono significativamente più deboli delle parti stampate a iniezione e persino delle parti stampate in 3D in altri materiali come PETG e ABS. Anche le parti in PLA di solito non si piegano, si spezzano molto rapidamente dopo aver applicato una forza sufficiente, il che significa che il materiale è molto fragile.

• Bassa temperatura e resistenza chimica: oltre a non essere il materiale più resistente in circolazione, il PLA non è nemmeno molto resistente al calore. Il PLA ha una bassa temperatura di transizione vetrosa, quindi le parti stampate con questo materiale tendono a deformarsi in condizioni di caldo, rendendo il PLA un materiale meno ideale per l'uso esterno. Inoltre, alcune sostanze chimiche fanno sì che il PLA rilasci le sue sostanze chimiche grezze, vale a dire l'acido lattico, che possono essere dannose in quantità elevate.
   
• Decomposizione lenta: anche se il PLA è biodegradabile, ci vuole molto tempo per decomporsi. In condizioni di composizione ideali, la plastica PLA impiega tre mesi per decomporsi, che è molto tempo rispetto ad altri materiali..

Come con la maggior parte dei materiali di stampa 3D, il fatto che il filamento PLA sia o meno la scelta giusta dipende interamente da ciò che si intende stampare in 3D.

Torna all'Indice

Quando usare filamento in PLA

Il filamento PLA è un ottimo materiale per numerose applicazioni. Sebbene manchi delle proprietà meccaniche che si trovano in altri tipi di filamento, il PLA è facile da stampare ed è disponibile in molti colori e stili.

Pertanto, la maggior parte dei tipi di filamenti PLA sono ottimi per stampe estetiche e prototipazione rapida, in particolare nei casi in cui la parte stampata in 3D non subirà troppi stress o sforzi e quindi non dipenderà da proprietà meccaniche, durata o degradabilità.

Probabilmente vorrai anche evitare di utilizzare il filamento PLA per oggetti stampati in 3D che saranno piegati o attorcigliati, come manici di utensili o custodie per telefoni. Questo materiale di solito non è molto resistente al calore, quindi è meglio usare un filamento con migliori proprietà meccaniche.

Oltre a questo, il filamento PLA è un'ottima opzione per quasi tutte le altre applicazioni. Alcuni degli usi più popolari del PLA includono modelli estetici, action figures e personaggi, giocattoli a bassa usura, parti di prototipi non funzionali e contenitori.

Torna all'Indice

Impostazioni di stampa PLA

A seconda del tipo o della miscela di PLA che stai utilizzando, le impostazioni di stampa ottimali saranno leggermente diverse. Il filamento PLA medio ha un punto di fusione compreso tra 180 e 200 °C.

La migliore temperatura per un filamento PLA che ha un diametro di 1,75 mm sarà inferiore a un materiale con un diametro di 2,85 mm. Un altro fattore decisivo per la temperatura di stampa da inserire è la miscela di PLA che stai utilizzando.

Sebbene un letto riscaldato possa aiutare con l'adesione del filamento PLA, non è necessario. Questo è il motivo per cui il PLA è un'opzione particolarmente allettante per gli utenti di stampanti 3D alle prime armi, poiché è possibile utilizzare una colla stick o un nastro da pittore per far aderire il primo strato.

Dovresti anche tenere presente che il PLA ha una temperatura di transizione vetrosa compresa tra 60-65 °C, che è il punto in cui la plastica inizia a diventare viscosa o gommosa.

Quando lavori con il filamento PLA, assicurati di consultare il produttore per capire le impostazioni di stampa ottimali. Poiché il PLA è disponibile in molte sfumature e miscele, non esiste una temperatura precisa che funzioni per tutti.

Torna all'Indice

Finitura del filamento in PLA

Esistono numerosi modi per la post-produzione del filamento PLA e questi metodi a volte dipendono dal tipo di PLA che stai utilizzando.

Uno dei metodi più popolari è la levigatura, che fa miracoli levigando lo strato superficiale della tua stampa 3D. La levigatura è un passaggio essenziale, indipendentemente dal tipo di tecnica di post-elaborazione che si desidera utilizzare, in particolare quando si tratta di dipingere il modello.

Dopo aver levigato il modello, puoi utilizzare un primer o uno stucco per coprire eventuali altre fessure che influiranno sul modo in cui la vernice si deposita sulla stampa. La vernice acrilica è l'opzione migliore per il filamento PLA, è generalmente conveniente ed è disponibile in molti colori.

Se vuoi scoprire materiali e metodi per la post produzione dei tuoi modelli, ti segnalo la mia guida dedicata:

Torna all'Indice

Il PLA è tossico?

Rispetto ai fumi tossici emessi dall'ABS, il filamento PLA è un'alternativa molto più sicura. Tuttavia, ciò non significa che questo materiale sia completamente sicuro.

Mentre l'ABS è noto per emettere stirene, che è una sostanza chimica tossica e cancerogena, il filamento PLA emette una sostanza chimica benigna e meno pericolosa chiamata lattide. Alcuni hanno sostenuto che la sostanza chimica emessa dal PLA è essenzialmente innocua.

Ad ogni modo, non si può negare che il PLA sia un materiale molto più sicuro con cui stampare rispetto all'ABS. Se stampi in una stanza di grandi dimensioni e ti assicuri di tenerla ventilata, non dovresti preoccuparti eccessivamente della tossicità del filamento PLA.

Torna all'Indice

Il PLA è idoneo al contatto alimentare?

Il filamento PLA è costituito da amido di mais, un materiale generalmente considerato sicuro per gli alimenti. Ma una volta che il materiale viene iniettato con additivi per colore o forza, tutto può cambiare rapidamente.

Ci sono alcuni filamenti che sono commercializzati come sicuri per gli alimenti. Puoi anche controllare la scheda di sicurezza dei materiali sul tuo filamento PLA, che ti informerà sulle proprietà chimiche e ti dirà se è approvato dagli organismi di sicurezza locali.

Tuttavia, non importa quanto possa essere sicuro per gli alimenti il tuo filamento PLA, corri comunque il rischio che i batteri si accumulino tra gli strati di stampa. Per evitare ciò, puoi sigillare la superficie di una stampa 3D con una resina epossidica o sigillante per alimenti, che copre le fessure che potrebbero altrimenti raccogliere germi e rimasugli di cibo.

Un altro consiglio è quello di tenere il tuo oggetto stampato in 3D lontano dalla lavastoviglie. Dovresti lavarlo con acqua tiepida e un detergente antibatterico delicato, che ridurrà il rischio di proliferazione di batteri e impedirà anche alla tua stampa di sciogliersi.

Infine, dovresti probabilmente montare un ugello in acciaio inossidabile, considerato sicuro per gli alimenti. Questo potrebbe essere un investimento importante per chi ha intenzione di stampare solo pezzi da usare in cucina.

Restano però alcuni dubbi che, a mio avviso, dovrebbero convincerti a non usare componenti stampati 3D in cucina. I filamenti sono materiali porosi e vengono depositati in strati. Il PLA restiste poco alle alte temperature e i detergenti chimici possono accumularsi a loro volta in micro fessure. E poi, l'intero processo di stampa dovrebbe essere pulito: dalla bobina all'estrusore non dovresti avere interferenze con polvere o altri materiali se non acciaio inossidabile.

Insomma... per quanto il materiale possa essere certificato sulla carta, l'uso vero e proprio in ambito alimentare è una questione delicata. Il mio consiglio è di non usare il PLA in cucina.

Torna all'Indice

Come mantenere e asciugare il PLA

La conservazione del filamento di stampa 3D è estremamente importante. Le materie plastiche tendono ad assorbire l'acqua dall'aria e questa umidità può causare enormi problemi nella tua esperienza di stampa 3D.

Questo fenomeno è chiamato igroscopia, che è una caratteristica che fa sì che il filamento della stampa 3D assorba le molecole d'acqua. Per filamenti speciali come nylon e PVA, il problema può verificarsi nel giro di poche ore. Pertanto entrambi dovrebbero essere conservati immediatamente in un contenitore ermetico.

Sebbene il filamento PLA abbia una durata di conservazione più lunga, l'umidità può insinuarsi nel materiale e a sua volta avrà un impatto negativo sulle stampe.

Una volta che l'assorbimento d'acqua avviene, è possibile riscontrare una maggiore fragilità, aumento del diametro, bolle del filamento, degradazione del filamento.

Per evitare ciò, è necessario conservare il filamento PLA all'interno di un contenitore ermetico che sia in grado di essiccare il filamento, eliminando l'acqua in eccesso e riportando la bobina allo stato iniziale.

Torna all'Indice