PLA là gì? Những ứng dụng và ưu nhược điểm của PLA

Với những bạn đã biết đến in 3D hay chỉ mới tìm hiểu qua thì đều biết PLA là cái tên quá quen thuộc trong ngành công nghệ in 3D. Hay có tên gọi khác là dây tóc PLA, vật liệu in 3D phổ biến nhất hiện nay.

1. PLA là gì

Axit polylactic, thường được gọi là PLA, là một loại nhựa sinh học và là nhựa nhiệt dẻo được làm từ các vật liệu tự nhiên như tinh bột ngô. PLA được biết đến nhiều nhất với việc sử dụng trong ngành công nghiệp in 3D, vật liệu được kéo thành sợi và được bán dưới dạng cuộn, nhưng nhựa cũng được sử dụng trong sản xuất khác do các đặc tính độc đáo của nó.

PLA dễ sử dụng và phổ biến, đặc biệt là trong công nghệ in 3D FDM. Vì nó được tạo ra từ các vật liệu tự nhiên hoặc tái chế, nó cũng được ưa chuộng vì tính thân thiện với môi trường, khả năng phân hủy sinh học và nhiều đặc điểm khác.

2. Các ứng dụng phổ biến của PLA

2.1. Trong ngành in 3d

PLA là vật liệu chủ yếu dành cho in 3D, không giống như các loại nhựa khác như ABS hoặc polycarbonate chủ yếu được sử dụng theo những cách khác. PLA có hiệu suất in ấn tốt nhờ một số yếu tố như:

PLA không yêu cầu bàn nhiệt, vỏ bọc hoặc máy đùn truyền động trực tiếp, vì vậy thiết bị cần thiết để in vật liệu này không đắt. Các vật liệu như ABS, PETG và TPU đều yêu cầu ít nhất một trong những điều kiện này để tạo ra bản in tốt.

Vì tính chất dễ sử dụng và thân thiện với môi trường của PLA nên nó có tính phổ biến cao, chính vì thế vật liệu này được các công ty sản xuất khai thác hầu như luôn có sẵn. Nó cũng khá rẻ, giá dao động từ khoảng 250.000 – 300.000/kg. Các loại sợi khác, như PETG, có giá cao hơn, thường chênh lệch khoảng 50.000-100.000/kg

PLA khá dễ cài đặt thông số với các bản in khác nhau. Hầu hết các cấu hình máy khi cắt file in mặc định đều có thể cho ra một mô hình ưng ý ngay lập tức và chỉ cần một chút điều chỉnh có thể cải thiện bản in nhiều hơn nữa. Ngược lại, ABS, PETG và TPU khá tốn nhiều thời gian với cài đặt phần mềm cắt file, do đó, việc cài đặt cắt file cho các vật liệu này cần được điều chỉnh khá nhiều để tạo ra bản in đẹp.

PLA có thể được in nhanh hơn hầu hết các vật liệu khác, và do mong muốn tạo mẫu nhanh, PLA được sử dụng phổ biến để phát triển nhanh các nguyên mẫu.

2.2. Các ứng dụng khác của PLA

PLA là vật liệu in 3D phổ biến nhất, và nó có rất nhiều công dụng ngoài in 3D:

Bao bì thực phẩm: PLA là vật liệu hoàn toàn tự nhiên, không độc hại và về mặt lý thuyết là an toàn thực phẩm, nó cũng được lựa chọn để đóng gói thực phẩm vì không làm ô nhiễm thực phẩm.
Y tế: Với thành phần không độc hại, PLA được ứng dụng trong ngành y tế và chăm sóc sức khỏe. Các thành phần PLA đã được sử dụng trong các thiết bị cố định xương, như vít và tấm liên kết.
Tạo mẫu: PLA được dùng để tạo mẫu nhanh bằng phương pháp in 3D, nó giúp cho các doanh nghiệp và cá nhân thực hiện hóa ý tưởng nhanh với chi phí rẻ nhất. Vì PLA dễ in, không tốn kém và có thể được sử dụng với bất kỳ máy in 3D FDM nào.
Ứng dụng kết cấu: Mặc dù có độ giòn và độ bền thấp, PLA vẫn được sử dụng phổ biến. PLA cũng có thể được sử dụng để trang bị các vật dụng không bị căng thẳng về thể chất.
Hàng dệt: PLA cũng được sử dụng trong sản xuất vải và các loại hàng dệt khác do tính chất dễ thở, trọng lượng thấp và các đặc tính khác của nó. Tuy PLA không phải là loại nhựa phổ biến nhất trong ngành dệt may, nhưng nó có tiềm năng và là một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường.
Mỹ phẩm: Ngành công nghiệp mỹ phẩm đóng góp rất lớn vào rác thải nhựa và PLA đang trở nên phổ biến như một giải pháp thay thế bao bì vì tính thân thiện với môi trường.

3. Ưu điểm và Nhược điểm

3.1. Ưu điểm

PLA là vật liệu in 3D có một số ưu điểm rõ ràng và cũng như các vật liệu khác, nó vẫn có một số nhược điểm. Và dưới đây là một số ưu điểm.

Dễ in: PLA dễ in, phù hợp với những người bắt đầu tìm hiểu về in 3D; hầu như tất cả các máy in 3D đều có thể in vật liệu này và nó không cần bàn nhiệt. PLA yêu cầu nhiệt độ tương đối thấp so với các vật liệu in khác, có thể in nhanh (khoảng 60 mm/s) và không cần buồng kín.
Giá thành rẻ: PLA mua khá rẻ so với các vật liệu in chuyên dụng khác như ABS, PETG, TPU…
Nhiều màu sắc và tùy chọn: PLA có nhiều dạng khác nhau và đa dạng loại màu sắc, đến hiện tại thì hầu như là đủ tất cả các màu sắc có thể có. Ngoài ra, còn có các sợi PLA tổng hợp và mục đích đặc biệt như PLA sợi carbon, PLA lấp lánh và thậm chí là PLA có mùi thơm.
Có thể phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường: Vì PLA có nguồn gốc từ thực vật nên nó có khả năng phân hủy sinh học, không giống như các loại nhựa khác (như ABS) được làm từ tinh chế dầu thô, gây hại cho môi trường.
Không độc hại: PLA không độc hại, có thể mở rộng các ứng dụng của nó sang các lĩnh vực như y tế và công nghiệp thực phẩm.
Không có khói: nhựa PLA vẫn có khói thoát ra do tính chất nhựa nhiệt dẻo bị nóng chảy. Tuy nhiên, nó hầu như không có mùi và rủi ro ít hơn nhiều.

3.2. Nhược điểm

Giòn và tương đối yếu: Nhược điểm rõ ràng nhất của PLA là độ bền uốn thấp. Các bộ phận PLA in 3D yếu hơn đáng kể so với các bộ phận đúc phun và thậm chí cả các bộ phận được in 3D bằng các vật liệu khác như PETG và ABS. Các bộ phận của PLA cũng không thường bị uốn cong; chúng vỡ ra rất nhanh sau khi tác dụng đủ lực, có nghĩa là vật liệu rất giòn.
Nhiệt độ thấp và kháng hóa chất: Ngoài việc không phải là vật liệu mạnh nhất hiện có, PLA cũng không chịu nhiệt tốt. PLA có nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh thấp, vì vậy các bộ phận được in bằng vật liệu này có xu hướng biến dạng trong điều kiện nóng, làm cho PLA trở thành vật liệu ít lý tưởng hơn để sử dụng ngoài trời. Ngoài ra, một số hóa chất nhất định khiến PLA tiết ra các hóa chất thô của nó, cụ thể là axit lactic, có thể gây hại với số lượng lớn.
Phân hủy chậm: Mặc dù PLA có thể phân hủy sinh học nhưng vẫn mất một thời gian dài để phân hủy. Trong điều kiện thành phần lý tưởng, nhựa PLA mất ba tháng để phân hủy, một thời gian dài so với các vật liệu dễ phân hủy khác.

4. Tính chất vật liệu PLA

Mặc dù đã đề cập đến một vài điều, chẳng hạn như độ giòn, nhựa PLA có nhiều đặc tính:

Độ bền: PLA không phải là vật liệu có độ bền tốt, nhưng độ bền của một bộ phận PLA phụ thuộc nhiều hơn vào cách nó được tạo ra hơn là bản thân vật liệu. Ví dụ: sử dụng mật độ chèn và chiều cao lớp cao hơn sẽ mang lại phần được in 3D cứng hơn.
Tính linh hoạt: PLA là một loại nhựa cứng, có nghĩa là nó có độ bền uốn thấp so với các loại nhựa khác, đặc biệt là những loại nhựa dẻo như TPU . Ngoài ra, như chúng tôi đã đề cập, PLA rất giòn. Thay vì uốn cong, nó thường gãy.
Khả năng chịu nhiệt độ: PLA không yêu cầu in nhiệt độ cao, có nghĩa là nó có thể được sử dụng trên các máy giá rẻ. Do nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh của PLA thấp, có nghĩa là nó biến dạng nhanh chóng dưới nhiệt. Vì vậy, không nên sử dụng các bộ phận PLA ở ngoài trời hoặc để chúng dưới ánh nắng trực tiếp, vì chúng sẽ dễ bị biến dạng.
Khả năng chống tia cực tím: Không giống như ABS, có khả năng chống tia cực tím rất tốt, PLA thì lại kém hơn hẳn. Tương tự như khi tiếp xúc với nhiệt, các bộ phận PLA có thể biến dạng khi tiếp xúc với tia UV trong một khoảng thời gian dài.
Kháng hóa chất: PLA không hòa tan trong các dung môi như axeton hoặc cồn isopropyl và nhìn chung, nhựa PLA là một vật liệu rất bền về mặt hóa học và ổn định về mặt hóa học.

Độc tính & An toàn Thực phẩm

Về tính độc hại và an toàn thực phẩm của nhựa PLA, vì đây là yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi sử dụng bất kỳ vật liệu nào. PLA là một vật liệu không độc hại và về mặt lý thuyết có thể được sử dụng để sản xuất các mặt hàng an toàn cho thực phẩm, không giống như các loại nhựa in 3D khác như ABS. Tuy nhiên, nhiều yếu tố khác góp phần vào sự an toàn thực phẩm của PLA, đặc biệt nếu đó là một bộ phận được in 3D.

Chỉ vì vật liệu không độc hại không có nghĩa là nó an toàn khi tiếp xúc với thực phẩm. Ví dụ, in 3D FDM tạo ra các bộ phận theo từng lớp và có những khoảng trống khá rõ ràng giữa các lớp này. Những khoảng trống này có thể giữ lại các phần tử lạ, có khả năng làm ô nhiễm bộ phận và khiến nó không còn an toàn thực phẩm. Tuy nhiên, trước đó, dây tóc PLA được đưa qua đầu đùn nóng và vòi phun, tất cả các vị trí khác, nơi mà các vật liệu khác có khả năng không an toàn tiếp xúc với PLA.

Với điều này, việc quan trọng cần nhớ là mặc dù nhựa PLA nguyên chất không độc hại và an toàn thực phẩm, nhưng các vật liệu và hạt khác có thể ảnh hưởng đến sự an toàn của bộ phận hoàn thiện.