PLA: пластик из кукурузы, что о нём знает наука и что из него печатать
Самый популярный пластик 3D-печати и самый недорогой у меня. Рассказываю, из чего его делают, где у него пределы и какие представления о нём не подтверждаются. Схемы в статье можно двигать руками.
Опубликовано Обновлено Технология FDMЦена печати от 8 ₽ за граммРабочая температура до 55 градусов
Что в статье
Коротко
- PLA делают из растительного сахара, чаще кукурузного. Он жёсткий, точно держит размер и почти не даёт усадки, поэтому печатается проще всех.
- Главная слабость в тепле: около 55 градусов PLA размягчается. Деталь в машине летом или у батареи поведёт.
- Под постоянным грузом PLA понемногу проседает, а на солнце за сезон-два становится ломким.
- «Биоразлагаемый» не значит «исчезнет в земле». Быстро PLA разлагается только на промышленном компосте.
- Я печатаю из PLA макеты, прототипы, корпуса для помещения и пробные детали перед основным заказом. 10 ₽ за грамм, это самый недорогой материал в прайсе.
01Откуда берётся PLA
PLA, он же полилактид, делают из растений. Для пластика звучит странно, но нефти в нём нет: сырьё это сахар, чаще всего кукурузный. От поля до катушки шесть шагов.
Кукуруза. Из зёрен выделяют крахмал. Кукуруза не обязательна: годится сахарный тростник, свёкла, любое растение, где много сахара.
Задолго до 3D-печати PLA пришёл в медицину. Из него делают хирургические нити, которые рассасываются сами, и винты для сращивания костей. В теле материал распадается до молочной кислоты, а её организм перерабатывает[2]. Потом появились одноразовые стаканы и упаковка, а в 2010-х PLA стал главным пластиком домашних принтеров.
02Почему он так легко печатается
Если вы видите работающий 3D-принтер впервые, скорее всего, он печатает PLA. Пластик плавится при сравнительно низкой температуре, почти не сжимается при остывании и не отрывает углы детали от стола. У ABS эти углы задираются, и крупную плоскую деталь ведёт. Деталь из PLA выходит того размера, какой был в модели.
Поэтому чаще всего я беру PLA для таких задач:
- Прототипы. Проверить, совпадут ли отверстия, влезет ли плата, как корпус ляжет в руку. Прототипов обычно несколько, и дешёвый материал здесь экономит заметные деньги.
- Макеты. Архитектурные, учебные, выставочные. PLA держит острые грани и мелкий рельеф.
- Корпуса и подставки для дома и офиса. Органайзеры, держатели, корпуса для электроники, которая сильно не греется.
- Пробная печать. Сначала я печатаю деталь из PLA, вы проверяете размеры и посадку, и только потом она идёт в рабочем материале. Ошибка в модели обходится в цену PLA, а не нейлона.
Одну особенность лучше понять сразу. На разрыв PLA прочнее PETG и ABS, но при этом хрупкий: перед изломом он почти не тянется. Другие пластики сначала гнутся, а PLA держит до последнего и лопается разом. Жёсткой детали это на пользу. Защёлке, которую будут отгибать сто раз, во вред.
03Первый предел: тепло
У любого пластика есть температура стеклования. Ниже неё длинные молекулы сцеплены и держат форму. Выше они начинают скользить друг по другу, и твёрдый пластик становится похож на резину. У PLA эта граница лежит от 55 до 60 градусов[2]. У PETG она около 80, у ABS выше 100.
Выберите пластик и нагрейте кронштейн с грузом.
PLA при 22 градусах держит форму.
Правило для PLA одно: деталь не должна нагреваться выше 50 с небольшим градусов. Машина на летнем солнце, батарея, корпус рядом с горячим блоком питания уже риск. И деформация не проходит: остывший кронштейн так и будет висеть криво.
Можно ли PLA закалить
Можно, это называется отжигом. Готовую деталь греют в печи чуть выше температуры стеклования и медленно остужают. Молекулы успевают выстроиться по порядку, деталь становится прочнее на изгиб, в опыте от 11 до 17 процентов[6], и держит нагрев намного выше 60 градусов[9].
Цена у отжига своя: деталь садится по ширине и растёт по высоте, местами на 10 процентов, и заранее это не рассчитать[9]. Детали с точными размерами после отжига в сборку не встанут. Если детали предстоит жить в тепле, я советую сразу PETG, ABS или ASA.
04Второй предел: слои
Принтер строит деталь слоями. Каждый новый слой приваривается к остывающему предыдущему, и шов между ними слабее самого пластика. Испанские исследователи напечатали одинаковые образцы из PLA в трёх положениях: лёжа, на ребре и стоя. Прочнее всех вышли образцы на ребре, слабее всех стоящие, их нагрузка рвала по швам[3]. Ещё выяснилось, что с толстым слоем деталь хрупче.
Вот как это выглядит на обычном настенном крючке. Выберите, как его напечатать, и повесьте на него сумку.
Прочность: низкая
Крючок напечатан стоя: слои лежат поперёк планки, как стопка блинов.
Поэтому перед печатью я спрашиваю, где деталь будет работать и куда на неё будут давить. Зная это, я ставлю её на столе так, чтобы нагрузка шла вдоль слоёв. Для нагруженной детали иногда советую слой тоньше: грамм стоит дороже, зато деталь меньше боится удара.
05Третий предел: время
Представьте полку на кронштейне из PLA. В первый день она стоит ровно. Через месяц край опустился, хотя книги те же. Это ползучесть: под постоянной нагрузкой пластик понемногу течёт. Ползут все пластики, но у PLA до температуры стеклования недалеко, и каждый лишний градус в комнате ускоряет процесс. Насколько деталь просядет, зависит ещё от заполнения, толщины слоя и направления нитей[4].
Для детали, которая годами держит один и тот же груз, я предложу PETG или нейлон, даже если по расчёту на разрыв PLA бы выдержал.
06Вода, солнце и цвет
Вода
Часто пишут, что PLA воды не боится. Впитывает он и правда мало, меньше процента от своего веса. Но этого хватает, чтобы пластик заметно потерял жёсткость и прочность[5]. Вода рвёт длинные молекулы, химики называют это гидролизом. В сухой комнате на это уходят годы, в сыром подвале или в ванной меньше.
Отсюда картина, знакомая всем, кто печатает дома: катушка PLA год пролежала открытой и ломается в руках. Сушка её уже не спасёт, молекулы порваны.
Солнце
Ультрафиолет разрушает PLA похожим образом: за сезон-два на улице деталь становится ломкой. Для улицы я советую PETG, а на годы под открытым небом ASA.
Цвет
Этот вывод удивляет даже тех, кто давно печатает. Один и тот же PLA одного производителя испытали в десяти цветах. Прочность на разрыв разошлась на 15 процентов, а способность гнуться перед изломом отличалась в разы[10]. Красители и добавки для блеска и «шёлка» меняют поведение пластика. Для макета цвет берите любой. Для нагруженной детали я советую обычный однотонный пластик без эффектов.
07Правда или миф
Вокруг PLA ходит несколько представлений, которые переписывают с сайта на сайт. Проверьте себя: выберите ответ, и карточка покажет, что говорят исследования.
PLA биоразлагаемый: выбросил в землю, и через пару месяцев его нет.
Быстро PLA разлагается только на промышленном компосте, где держат около 60 градусов и высокую влажность. В земле и в воде он лежит годами[7]. Зато деталь в сухой комнате не рассыплется.Печатать PLA чище для воздуха, чем печатать ABS.
В замерах пяти принтеров на девяти пластиках PLA выделял заметно меньше мельчайших частиц, чем ABS. Главное летучее вещество от него лактид, его считают малотоксичным. От ABS идёт в основном стирол[8].PLA+ всегда прочнее обычного PLA.
Единого стандарта для «плюса» нет. У одних производителей добавки и правда делают пластик менее хрупким, у других разница только на этикетке. Судить стоит по испытаниям конкретного пластика.Цвет пластика влияет на прочность детали.
Один и тот же PLA одного производителя в десяти цветах разошёлся по прочности на 15 процентов, а по гибкости в разы[10]. Красители и блёстки меняют поведение пластика.Из PLA можно напечатать кружку на каждый день.
Полимер допускают для пищевой упаковки, но в печатной детали между слоями остаются канавки, которые не отмыть. А горячий чай и посудомойка для PLA слишком горячие.
Отвечено 0 из 5.
08Какой пластик выбрать
PLA, PETG и ABS закрывают почти все задачи FDM-печати. Разница между ними в таблице, подробнее второй материал разобран в статье о PETG.
| Свойство | PLA | PETG | ABS |
|---|---|---|---|
| Точность | лучшая из трёх | хорошая, бывают волоски | крупное может повести |
| Рабочая температура | до 55 градусов | до 70 градусов | до 100 градусов |
| Удар | скалывается | гнётся и держит | держит |
| Постоянный груз | со временем проседает | держит лучше | держит лучше |
| Улица и солнце | ломкий за сезон | воды не боится, от солнца желтеет | трескается за год |
| Цена у меня, за грамм | 10 ₽ | 12 ₽ | 15 ₽ |
Ответьте на три вопроса о своей детали, и я подскажу материал. Если сомневаетесь, опишите задачу в заявке: я посмотрю модель и скажу прямо, подходит ли ей PLA.
- Деталь будет греться выше 50 градусов?Машина летом, рядом с мотором, лампой или горячей водой
- Её будут гнуть, бить или она будет годами держать груз?Защёлки, крепления, кронштейны, полки
- Она будет стоять на улице?Солнце, дождь, мороз
Советую PLA10 ₽/г
Ни жары, ни улицы, ни нагрузки: это работа для PLA. Он точнее и дешевле остальных.
09Шпаргалка
Всё главное о PLA в одной таблице. Цифры относятся к детали, напечатанной слоем 0,2 мм. У самого полимера они выше[2], а у печатной детали зависят ещё от стенок, заполнения и положения на столе.
| Рабочая температура детали | до 55 градусов, около 60 пластик размягчается |
| Прочность на разрыв | около 60 МПа вдоль слоёв, выше, чем у PETG и ABS |
| Жёсткость | высокая: деталь почти не гнётся, пока не сломается |
| Поведение под ударом | хрупкий, при сильном ударе скалывается |
| Постоянная нагрузка | со временем проседает, в тепле быстрее |
| Усадка при печати | почти нет, размеры выходят точными |
| Плотность | 1,24 г на кубический сантиметр, на пятую часть тяжелее ABS |
| Влага | впитывает меньше процента воды, но с годами от неё слабеет |
| Солнце и улица | за сезон-два становится ломким |
| Обработка | шлифуется, сверлится, клеится суперклеем, красится по грунту |
| Область печати у меня | 256 на 256 на 256 мм |
Про плотность стоит помнить, когда сравниваете цены. Печать считается за грамм, а одна и та же модель из PLA весит примерно на пятую часть больше, чем из ABS. Разница в цене за грамм у них больше, так что PLA всё равно выходит дешевле.
10Сколько стоит печать из PLA
Считаю по весу готовой детали. Вес зависит не только от размера, но и от того, насколько плотно деталь залита внутри и сколько под неё нужно подпорок: это подбираю я, поэтому окончательную сумму называю по вашей модели.
Базовая цена печати из PLA это 10 ₽ за грамм при стандартном слое 0,2 мм. Тонкий слой печатается дольше, и грамм в нём стоит дороже. PLA печатается быстрее других пластиков и почти не даёт брака, поэтому грамм из него самый недорогой в прайсе.
| Толщина слоя | Цена за грамм | Что это даёт |
|---|---|---|
| 0,28 мм | 8 ₽ | черновая печать, слои видны |
| 0,24 мм | 9 ₽ | грубее стандарта, зато дешевле |
| 0,2 мм | 10 ₽ | стандарт, если не просили другое |
| 0,16 мм | 12 ₽ | аккуратная поверхность |
| 0,12 мм | 14 ₽ | мелкие элементы и надписи |
| 0,08 мм | 16 ₽ | максимум для FDM |
Одинаковых деталей много
На тираж действует скидка. Считается она по количеству одинаковых деталей и применяется к цене за грамм. Шкала ступенчатая: на 49 штуках работает пять процентов, на пятидесятой включаются десять.
| Количество | Скидка | Цена за грамм |
|---|---|---|
| от 1 до 9 шт | без скидки | 10 ₽ |
| от 10 шт | 5% | 9,5 ₽ |
| от 50 шт | 10% | 9 ₽ |
| от 100 шт | 15% | 8,5 ₽ |
| от 500 шт | 20% | 8 ₽ |
Пример расчёта
Пусть это корпус-прототип весом 120 граммов из PLA, стандартный слой. Одна штука выходит в 1 200 ₽. Те же 10 штук попадают на скидку 5 процентов, и весь заказ стоит 11 400 ₽, то есть 1 140 ₽ за деталь.
Минимальный заказ 1 000 ₽. Заказ, который по весу вышел дешевле, всё равно стоит эту сумму: подготовку модели и запуск принтера мелкая деталь занимает так же, как крупная. Срочная печать считается с наценкой 30 процентов.
Прикинуть свою сумму можно в калькуляторе на главной: там же лежит прайс по всем материалам сразу.
11Частые вопросы
Какая температура печати PLA
Сопло обычно от 190 до 220 градусов, стол от 50 до 60, обдув на полную. Точное значение зависит от производителя и даже от цвета, поэтому для каждой новой катушки его подбирают пробной печатью. Когда печатаю я, настройки на моей стороне и в цену уже входят.
Можно ли оставить деталь из PLA в машине
Летом нет. В закрытой машине на солнце бывает за 60 градусов, на торпеде ещё жарче, и PLA при такой температуре размягчается. Для машины я советую ABS или ASA.
Правда ли, что PLA разлагается сам
Только в промышленном компосте, где держат около 60 градусов и высокую влажность: там он распадается за недели или месяцы. В земле, в воде и на полке PLA сохраняется годами. Для деталей это скорее плюс, а выбрасывать его стоит вместе с обычным пластиком.
Можно ли из PLA печатать посуду и формы для еды
Сам полимер применяют в пищевой упаковке и даже в медицине. Но в печатной детали между слоями остаются микроскопические канавки, их не отмыть, и там заводятся бактерии. Горячее PLA тоже не выдержит. Для формы под тесто на один раз подойдёт, для посуды на каждый день нет.
Чем обработать деталь из PLA после печати
PLA хорошо шлифуется наждачной бумагой, лучше по мокрому, чтобы пластик не грелся. Потом грунт и краска, подойдёт обычная акриловая. Ацетоном PLA не сглаживается, клеится суперклеем. Покраску и шлифовку я пока не делаю, отдаю деталь после снятия поддержек.
Сколько стоит напечатать деталь из PLA
Цена считается по весу готовой детали: 10 ₽ за грамм при стандартном слое 0,2 мм. Минимальный заказ 1 000 ₽, поэтому детали легче 100 граммов стоят как минимальный заказ. Точную сумму назову по вашей модели, проверка файла бесплатная.
12Источники
Цифры и выводы статьи опираются на эти работы. Почти все они на английском: основная литература о пластиках выходит в международных журналах. Сноска в тексте раскрывает список и ведёт к нужному пункту.
Показать список: 8 научных работ и 2 опыта практиков
Научные работы
- Garlotta D. (2001). A Literature Review of Poly(Lactic Acid). Journal of Polymers and the Environment, т. 9, с. 63-84. doi:10.1023/A:1020200822435из чего и как получают PLA
- Farah S., Anderson D. G., Langer R. (2016). Physical and mechanical properties of PLA, and their functions in widespread applications. A comprehensive review. Advanced Drug Delivery Reviews, т. 107, с. 367-392. doi:10.1016/j.addr.2016.06.012температура размягчения, прочность и применение в медицине
- Chacón J. M., Caminero M. A., García-Plaza E., Núñez P. J. (2017). Additive manufacturing of PLA structures using fused deposition modelling: Effect of process parameters on mechanical properties and their optimal selection. Materials & Design, т. 124, с. 143-157. doi:10.1016/j.matdes.2017.03.065как положение детали на столе и толщина слоя меняют прочность
- Waseem M., Salah B., Habib T. и др. (2020). Multi-Response Optimization of Tensile Creep Behavior of PLA 3D Printed Parts Using Categorical Response Surface Methodology. Polymers, т. 12, статья 2962. doi:10.3390/polym12122962ползучесть PLA под постоянной нагрузкой
- Aniskevich A., Bulderberga O., Stankevics L. (2023). Moisture Sorption and Degradation of Polymer Filaments Used in 3D Printing. Polymers, т. 15, статья 2600. doi:10.3390/polym15122600сколько воды впитывает PLA и что она делает с прочностью
- Wach R. A., Wolszczak P., Adamus-Wlodarczyk A. (2018). Enhancement of Mechanical Properties of FDM-PLA Parts via Thermal Annealing. Macromolecular Materials and Engineering, т. 303, статья 1800169. doi:10.1002/mame.201800169отжиг: прогрев готовой детали делает её прочнее
- Karamanlioglu M., Preziosi R., Robson G. D. (2017). Abiotic and biotic environmental degradation of the bioplastic polymer poly(lactic acid): A review. Polymer Degradation and Stability, т. 137, с. 122-130. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2017.01.009как и за сколько PLA разлагается в компосте, земле и воде
- Azimi P., Zhao D., Pouzet C., Crain N. E., Stephens B. (2016). Emissions of Ultrafine Particles and Volatile Organic Compounds from Commercially Available Desktop Three-Dimensional Printers with Multiple Filaments. Environmental Science & Technology, т. 50, с. 1260-1268. doi:10.1021/acs.est.5b04983что выделяется в воздух при печати разными пластиками
Опыты практиков
- Hermann S., CNC Kitchen (2019). Annealing PLA Prints: What It Does and Doesn't. блог CNC Kitchen. cnckitchen.comнасколько деталь садится и коробится при отжиге
- Hermann S., CNC Kitchen (2023). Does PLA Color Change Print Strength?. блог CNC Kitchen. cnckitchen.comкак цвет пластика одного производителя меняет прочность детали
Напечатать деталь из PLA
Пришлите модель или опишите задачу словами. Я посчитаю стоимость, назову срок и предупрежу, если в модели есть слабые места. Проверка файла бесплатная и ни к чему вас не обязывает.
Заявка принята
Мы её уже видим. Ответим в течение рабочего дня: пн-пт до 22:00, сб и вс до 18:00. Если вопрос срочный, позвоните.