Puoi sciogliere il PLA e riutilizzarlo?

Gli scarti di PLA si accumulano rapidamente con la stampa 3D intensiva, come stampe fallite, supporti e le estremità dei filamenti inutilizzati. È possibile fondere questo materiale e riutilizzarlo? Sebbene il PLA possa essere teoricamente fuso, i limiti pratici ne influenzano la qualità e l'usabilità. Questo blog spiega la natura del PLA, i modi per riutilizzarlo, i problemi che si incontrano e le considerazioni sull'uso quotidiano nei progetti.

La composizione del PLA: come le sue proprietà influenzano il riutilizzo

Le proprietà intrinseche del PLA sono fondamentali per le sfide del suo riutilizzo. Diamo un'occhiata alle caratteristiche chiave del materiale che rendono complessa la fusione e il reforming del PLA.

Il PLA è un termoplastico

Il PLA è un materiale termoplasticoQuesto tipo di plastica diventa morbido e modellabile quando riscaldato e indurisce raffreddandosi, un ciclo che può essere ripetuto. Questa caratteristica spiega perché il riciclo del PLA sembra fattibile. Due temperature critiche per il PLA sono:

• Temperatura di transizione vetrosa (T_G ): Si tratta di circa 60-65 °C. A questa temperatura, il PLA passa da uno stato duro e fragile a uno più morbido e gommoso. Non è ancora fuso, ma è molto più flessibile.
• Temperatura di fusione (T_M ): Questa temperatura è solitamente compresa tra 150 e 180 °C. La temperatura esatta può variare a seconda della formula specifica del PLA, dei coloranti o di altri additivi utilizzati dal produttore e del fatto che sia stato precedentemente riscaldato. Quando il PLA raggiunge questa temperatura, diventa un liquido denso che può essere modellato o spinto attraverso un ugello, come in un stampante 3D.

Un problema chiave: la degradazione termica

La degradazione termica è il principale ostacolo al riutilizzo del PLA. Ogni volta che il PLA viene fuso, le sue lunghe catene chimiche, fonte della sua resistenza, possono iniziare a rompersi. Calore, ossigeno e umidità accelerano questo processo. Questa degradazione porta a diversi effetti indesiderati sul materiale:

• Materiale più debole: Il PLA perde resistenza e diventa più fragile. Il PLA riciclato in genere si rompe più facilmente del PLA vergine.
• Flusso alterato: La degradazione modifica la viscosità (spessore) del fuso PLA. Questo può ostacolare un'estrusione uniforme attraverso l'ugello, compromettendo l'uniformità del nuovo filamento o il riempimento dello stampo.
• Cambiamenti di colore: Riscaldare il PLA, soprattutto se surriscaldato o contaminato, spesso ne causa l'oscuramento o l'ingiallimento. Il PLA trasparente può diventare torbido, mentre il PLA colorato può assumere una tonalità opaca e confusa.
• Aumento dei fumi: Il PLA degradato può rilasciare più Composti Organici Volatili (COV). Questi vapori possono essere sgradevoli e potenzialmente irritanti.

Il PLA assorbe l'umidità: perché questo è un problema

Il PLA è igroscopico, il che significa che assorbe facilmente l'umidità presente nell'aria. Questo rappresenta un problema significativo per la fusione. Quando il PLA umido viene riscaldato, l'acqua si trasforma in vapore. A temperature di fusione, quest'acqua può reagire con il PLA per idrolisi. Questa reazione chimica accorcia ulteriormente le catene polimeriche del PLA, riducendone la resistenza. Può anche causare bolle e vuoti nella plastica rifusa, con conseguente scarsa qualità di stampa o punti deboli nei prodotti finiti.

È possibile fondere il PLA e riutilizzarlo?

Tecnicamente, sì, può essere fuso e riutilizzato. In pratica, però, il riciclo degli scarti in qualcosa come un nuovo filamento di alta qualità o prodotti utili è afflitto da problemi che incidono sulla qualità del prodotto finale e sulla sua fattibilità generale. Esistono diversi metodi disponibili per tentare questo, da quelli più semplici a quelli che richiedono l'uso di attrezzature specifiche. Ognuno di essi ha usi specifici, vantaggi e svantaggi significativi.

Opzione 1: rimodellare gli scarti di PLA con calore diretto e stampi semplici

Questo metodo semplice per riutilizzare il PLA richiede attrezzature specializzate minime.

Processo: Gli scarti di PLA vengono riscaldati con un fornetto (sconsigliato per uso alimentare a causa del rischio di contaminazione), una pistola termica o una piastra riscaldante fino a quando non si ammorbidiscono. I guanti resistenti al calore sono essenziali. Il PLA ammorbidito può quindi essere modellato a mano, pressato in stampi semplici (ad esempio, stampi da forno in silicone) o compattato in blocchi più densi.

Applicazioni: Utilizzato principalmente per piccoli pezzi decorativi, stampi di base per lavori artigianali o per compattare scarti di PLA.

Vantaggi: Costi contenuti e procedura semplice.

Svantaggi: Un controllo della temperatura difficile può facilmente portare al surriscaldamento o alla combustione del PLA, producendo fumi significativi e producendo risultati non uniformi. Una buona ventilazione è fondamentale a causa dei fumi. Non adatto per la creazione di nuovi Filamento per stampa 3D.

Opzione 2: estrudere il nuovo filamento da scarti di PLA puliti e triturati

Questo approccio mira a convertire direttamente gli scarti di PLA in filamenti utilizzabili per la stampa 3D.

Processo: Questo processo in più fasi prevede:

• Pulire accuratamente gli scarti per rimuovere polvere e oli.
• Triturare o macinare gli scarti in piccoli pezzi uniformi.
• Asciugare ampiamente i pezzi (spesso per ore in un essiccatore a filamento o in un forno controllato).
• Inserimento del PLA essiccato in un estrusore di filamenti da tavolo, che lo fonde, lo miscela e lo estrude come nuovo filamento su una bobina.

Obiettivo/applicazione principale: Per produrre nuovi filamenti utilizzabili per stampanti 3D a partire dagli scarti di PLA.

Vantaggi: Il fascino risiede nel sistema "a circuito chiuso", che converte i rifiuti in materiale utilizzabile, riducendo potenzialmente i costi dei rifiuti e dei filamenti nel tempo.

Svantaggi: Le sfide più significative includono:

• Costi iniziali elevati per un trituratore e un estrusore di filamenti.
• Processo che richiede molto tempo e manodopera (pulizia, triturazione, essiccazione, estrusione).
• Difficoltà nel raggiungere un diametro e una rotondità del filamento uniformi, essenziali per la qualità di stampa, che spesso portano a inceppamenti della stampante o a stampe scadenti.
• Inevitabile degradazione termica, con conseguente indebolimento del filamento.
• Alto rischio di contaminazione (sporcizia, altre materie plastiche) e colori confusi (in genere marrone/grigio torbido quando mescolati).

Opzione 3: creare piccoli oggetti solidi tramite stampaggio a iniezione PLA desktop

Il PLA lavorato può essere utilizzato anche in piccole macchine per stampaggio a iniezione da tavolo.

Processo: Il PLA sminuzzato e completamente essiccato viene immesso in una piccola macchina per stampaggio a iniezione, che riscalda e inietta la plastica fusa in uno stampo sotto pressione.

Applicazioni: Adatto alla produzione di più copie di piccole parti solide (ad esempio staffe, manopole, involucri) in cui la massima resistenza non è fondamentale.

Vantaggi: È possibile produrre parti abbastanza uniformi utilizzando buoni stampi e impostazioni corrette.

Svantaggi: Le macchine per stampaggio a iniezione desktop sono costose, così come la creazione di stampi di qualità, che richiede anch'essa competenza. La complessità delle forme è spesso più limitata rispetto alla stampa 3D.

Riciclo su scala industriale dei rifiuti di PLA

Nonostante le sue origini biologiche, il riciclo dedicato su larga scala del PLA derivante da stampe 3D è raro. Sebbene alcuni tipi di PLA siano certificati per il compostaggio industriale, questo richiede l'accesso a impianti specializzati e non tutti i PLA sono idonei. I centri di riciclaggio standard generalmente trovano la raccolta, la selezione e la pulizia di stampe 3D in PLA miste, spesso contaminate, troppo complesse e costose per essere praticabili.

Principali sfide nel riutilizzo del PLA

La fusione e il riutilizzo del PLA presentano in genere problemi significativi e spesso frustranti. Questi problemi compromettono quasi sempre la qualità del prodotto finale.

1.Resistenza ridotta e maggiore fragilità (degradazione termica)

Come già accennato, la degradazione termica è un ostacolo fondamentale. Ogni ciclo di fusione indebolisce la struttura interna del PLA. Di conseguenza, il PLA riutilizzato è quasi sempre più fragile e meno resistente del materiale vergine, il che lo rende inadatto alla produzione di componenti durevoli, indipendentemente dalla cura prestata in un ambiente domestico.

2. Alto rischio di contaminazione (sporcizia, colori, altre plastiche)

Il PLA riciclato è altamente suscettibile a varie forme di contaminazione:

• Sporcizia e oli: Polvere, sporco da manipolazione o oli della pelle possono mescolarsi con il PLA fuso, causando imperfezioni, ostruzioni degli ugelli o punti deboli nel prodotto finale.
• Colori misti: Combinare diversi colori di PLA in genere produce una tonalità fangosa e imprevedibile (ad esempio, marrone, grigio scuro). Ottenere colori brillanti e puliti da ritagli mischiati è quasi impossibile.
• Contaminazione incrociata della plastica: Miscelazione accidentale con altre materie plastiche (ad esempio, ABS, PETG) causa gravi problemi a causa delle diverse temperature di fusione e dell'incompatibilità. I ​​risultati includono grumi, scarsa adesione, fumi eccessivi e potenziali danni alle apparecchiature.

3. Qualità e prestazioni imprevedibili del materiale riciclato

La degradazione e la contaminazione dei materiali si combinano per produrre PLA riciclato altamente incoerente.

• Difetti del filamento riciclato: Riciclato Filamento PLA Presenta spesso diametri non uniformi, non circolarità, eccessiva fragilità o scarsa fluidità del fuso. Questi difetti causano direttamente problemi di stampa come inceppamenti degli ugelli, sottoestrusione o sovraestrusione e scarsa adesione degli strati.
• Aumento degli errori di stampa: L'inaffidabilità intrinseca del PLA riciclato spesso porta a un tasso più elevato di stampe fallite. Questo può vanificare qualsiasi potenziale risparmio di materiale e portare a maggiori frustrazioni e sprechi.

4. Aumento delle emissioni di fumi e rischi associati per la sicurezza

Ogni riscaldamento del PLA rilascia composti organici volatili (COV). Riscaldare ripetutamente il PLA degradato o contaminato può peggiorare la quantità e il tipo di fumi emessi.

• Carenze di ventilazione: Una ventilazione inadeguata durante la fusione consente ai COV di concentrarsi, con potenziali rischi per la salute derivanti dall'inalazione.
• Rischi di esposizione: L'esposizione prolungata o regolare a questi elevati livelli di fumi, soprattutto senza un'adeguata protezione respiratoria, può causare irritazioni o altri problemi di salute.

5. Investimento significativo: tempo, sforzi e costi finanziari

Per la maggior parte degli hobbisti, il tempo, gli sforzi e l'esborso finanziario richiesti per il riciclaggio del PLA spesso superano i vantaggi.

• Impegno di tempo sostanziale: L'intero processo in più fasi (pulizia, selezione, triturazione, essiccazione e successiva estrusione o stampaggio) è estremamente dispendioso in termini di tempo.
• Investimenti in attrezzature: Trituratori di qualità, estrusori di filamento affidabili ed essiccatori di filamento adeguati rappresentano una spesa significativa, spesso superiore al costo di molte bobine di PLA nuovo e di buona qualità. Se si considerano la qualità inferiore e la maggiore probabilità di stampe fallite associate al PLA riciclato, il risparmio effettivo sui costi è spesso minimo o inesistente.

6. Essiccazione obbligatoria e dispendiosa in termini di tempo del PLA

La natura igroscopica del PLA fa sì che assorba facilmente l'umidità, rendendo necessaria un'essiccazione accurata e accurata prima di qualsiasi tentativo di fusione. L'essiccazione introduce un'altra lunga fase nel processo di riutilizzo. I frammenti di PLA richiedono in genere diverse ore di essiccazione a bassa temperatura controllata (circa 40-50 °C).La mancata corretta essiccazione del PLA comporta notevoli problemi durante la fusione, come bolle e vapore, e accelera la degradazione del materiale, tutti fattori che incidono gravemente sulla qualità del materiale riutilizzato.

Alternative alla fusione dei rifiuti di PLA

Invece di affrontare il difficile processo di provare a rifondere il PLA, spesso ci sono cose più pratiche e creative che puoi fare con gli scarti di PLA e le stampe fallite.

Riciclo creativo:

Stampe, zattere e supporti non riusciti possono essere utilizzati in progetti artistici, come mosaici, o come componenti di sculture. Piccoli ritagli possono essere utilizzati come interessante riempitivo per fusioni in resina o per creare texture uniche in altre attività artigianali.

Unire i pezzi PLA:

È possibile utilizzare una penna per stampa 3D con filamento in PLA per "saldare" insieme i pezzi in PLA, riparare crepe nelle stampe o combinare parti più piccole in parti più grandi. Anche alcune colle per materie plastiche, come la supercolla (cianoacrilica) utilizzata con un primer per plastica, o speciali epossidiche per plastica, possono essere efficaci per incollare insieme i pezzi in PLA.

Servizi di riciclaggio specializzati (se disponibili):

Non sono molto comuni, ma alcuni laboratori comunitari, makerspace o aziende specializzate potrebbero offrire il servizio di raccolta e riciclo dei rifiuti in PLA. Puoi verificare se è disponibile nella tua zona, ma non esitare.

Compostaggio industriale (per PLA certificato):

Se il vostro PLA ha la certificazione specifica per il compostaggio industriale (conforme a standard come EN 13432 o ASTM D6400) e avete accesso a un impianto di compostaggio industriale o comunale nella vostra zona che lo accetta, allora questo è un modo migliore e più ecologico per smaltirlo. Tuttavia, la maggior parte del PLA non può essere compostata in un normale compost domestico.

Gestisci in modo intelligente i tuoi rifiuti PLA!

Sebbene sia possibile fondere il PLA, la verità è che ci sono notevoli ostacoli da superare. Il deterioramento del materiale, i problemi di qualità e l'investimento di tempo e attrezzature generalmente superano i vantaggi per l'hobbista medio. Invece di dedicarti al difficile riciclo, fai del tuo meglio per ridurre gli sprechi ottimizzando le stampe, riciclando creativamente gli scarti o trovando un centro di compostaggio locale per PLA certificato. Opta per soluzioni praticabili per le tue possibilità economiche rispetto a quelle che promettono risultati deludenti.