FI
LT
EN
DE
PL
DA
SV
NB
ISURNELA / Materiaalit / 01
Polymaitohappo.
PLA kasviperäinen raaka-aine
Raaka-aine ja rakenne
PLA:n synteesi ja raaka-aine.
Teollinen PLA-valmistus voi alkaa maissista, sokeriruo’osta, sokerijuurikkaasta tai maniokista saaduista sokereista. Käyminen tuottaa maitohappoa; jatkojalostuksessa muodostuu laktidia, joka polymeroidaan PLA:ksi. Raaka-aineen koostumus ja lisäaineet vaihtelevat kaupallisten laatujen välillä.
Uusiutuva hiilen lähde erottaa PLA:n fossiilisista raaka-aineista valmistetuista polymeereistä. Kattavassa elinkaariarvioinnissa huomioidaan myös pigmentit, pinnoitteet, energia, kuljetus ja käytöstä poistamisen jälkeinen käsittely.
Molekyylirakenne
L- ja D-laktidiyksiköiden suhde vaikuttaa ketjujen kykyyn järjestyä kiteiksi. Stereokemia vaikuttaa siten kiteytymiseen ja lämpövasteeseen.
Lukumääräkeskimääräinen ja massakeskimääräinen molekyylimassa kuvaavat ketjupituuksien jakaumaa. Se vaikuttaa sulan virtaukseen, mekaaniseen vasteeseen ja hydrolyyttiseen vanhenemiseen.
Kiteisen osuuden määrä riippuu materiaalilaadusta ja lämpöhistoriasta. Jäähtyminen ja myöhempi lämpökäsittely voivat muuttaa kiteisten ja amorfisten alueiden tasapainoa.
Materiaalin valinta
Materiaalivertailu.
Luonnonpuu
Puu on uusiutuva materiaali, jolla on omaleimainen syykuvio. Se on myös hygroskooppinen ja anisotrooppinen: mitat ja ominaisuudet vaihtelevat kosteuden ja syysuunnan mukaan. PLA mahdollistaa hallitun, toistettavan geometrian ja erilaisen lähestymistavan pintakäsittelyyn.
Fossiilisista raaka-aineista valmistetut polymeerit
Raaka-aineen alkuperä ja toiminnalliset ominaisuudet ovat erillisiä valintaperusteita. Lämpökäyttäytymistä, iskunkestävyyttä, mittatarkkuutta ja pinnan laatua voidaan vertailla määritellyissä käyttöolosuhteissa.
Lämpökäyttäytyminen
Lämpösiirtymät ja hajoaminen.
Lasisiirtymä, taipuma kuormitettuna ja kemiallinen hajoaminen kuvaavat erilaisia vasteita lämpöön. Käyttöolosuhteet määritetään siirtymäkäyttäytymisen ja mekaanisen vasteen perusteella, ei pelkän sulamislämpötilan mukaan. Polymeerilaatu, tulostussuunta, seinämärakenne ja pinnoite vaikuttavat kaikki valmiiseen osaan.
Lasisiirtymä
Liikkuvuus lisääntyy amorfisissa ketjusegmenteissä, ja jäykkyys muuttuu ennen sulamista. Differentiaalinen pyyhkäisykalorimetria (DSC) tunnistaa siirtymän lämpökapasiteetin muutoksesta.
Taipuma kuormitettuna
Standardin mukaista koesauvaa kuumennetaan määritellyn taivutusjännityksen alaisena, kunnes se saavuttaa määrätyn taipuman. Kuumennusnopeus, kuormitus ja koesauvan geometria ovat osa tulosta.
Lämpöhajoaminen
Termogravimetria mittaa massan muutosta kuumennuksen aikana määritellyssä kaasukehässä. Tuloksena saatava käyrä kuvaa hajoamista erillään muodon säilymisestä kuormitettuna.
Mittausperiaatteet
Lämpökapasiteetin muutos
Lämpökapasiteetin askelmainen muutos osoittaa lasisiirtymäalueen.
Taipumakriteeri
Kirjattu lämpötila vastaa määriteltyä taipumaa kuormitettuna.
Massahäviöprofiili
Massanmuutoskäyrä kuvaa lämpöhajoamista.
Tulostettujen rakenteiden yhteydessä kirjataan lämpötilan lisäksi esikäsittelyolosuhteet, altistusaika, seinämäpaksuus ja tulostusratojen suunta. Nämä muuttujat yhdistävät laboratoriotuloksen tietyn geometrian käyttäytymiseen.
Lämmönsiirto
Seinämäpaksuus muuttaa lämpenemisen aikaskaalaa.
Lämpödiffusiviteetti α yhdistää lämmönjohtavuuden k, tiheyden ρ ja ominaislämpökapasiteetin cₚ. Tyypilliselle seinämäpaksuudelle L lämmön johtumisen aikaskaala τ kasvaa likimäärin suhteessa L²/α. Pintalämpötila ja seinämän sisäinen lämpötila eivät siksi välttämättä muutu samaan tahtiin.
Hydrolyysi
Vesi voi katkaista PLA:n esterisidoksia. Kohonnut lämpötila ja kosteus nopeuttavat tätä prosessia. Molekyyliketjujen lyheneminen voi muuttaa mekaanisia ominaisuuksia; kyse on eri ilmiöstä kuin pelkästä lämmön aiheuttamasta pehmenemisestä.
03 / Tulostusrakenne
Kerrosrakenne ja mekaaninen vaste.
Sulatetun filamentin tulostuksessa osa muodostuu vierekkäisistä tulostusradoista. Pelkkä materiaalilaatu ei kuvaa osan käyttäytymistä: ratojen suunta, kerrosten välinen kosketus ja sisäinen geometria vaikuttavat lujuuteen ja mittakäyttäytymiseen.
Suunta
Tulostusradat kantavat kuormaa eri tavoin kerroksen suunnassa ja kerrosten rajapintojen yli. Siksi koesauvan yhteydessä kuvataan myös sen tulostussuunta ja tulostusratojen suunta.
Kerrosten välinen kosketus
Sidoksen muodostuminen riippuu vierekkäisten tulostusratojen lämpötilasta ja kosketusajasta. Rajapintojen yhtenäisyys vaikuttaa mekaaniseen käyttäytymiseen tulostuksen kasvusuunnassa.
Seinämän geometria
Seinämäratojen määrä, radan leveys ja sisäisten tyhjien tilojen osuus määrittävät materiaalin jakautumisen poikkileikkauksessa. Geometriaa tarkastellaan yhdessä sulkemistavan ja vaaditun sisätilavuuden kanssa.
04 / Pintakäsittely
Pinnoitteen rakenne ja pintakäsittely.
Pinnoitettu PLA-pinta koostuu esikäsitellystä alustasta, värikerroksesta ja tarvittaessa määrittelyn mukaisesta suojaavasta pintakerroksesta. Lopputuloksen laatu riippuu pinnan esikäsittelystä, kerrosten yhteensopivuudesta, pinnoitteen paksuudesta ja kovettumisesta.
Pinnoitteen määrittely kuvaa sideaineen kemiallisen koostumuksen, pohjamaalin yhteensopivuuden, kovettumisolosuhteet ja hoidon. Kiiltoa voidaan mitata sileillä näytelevyillä; teksturoituja pintoja arvioidaan lisäksi silmämääräisesti.
Pintaenergia ja mikrotopografia vaikuttavat kostumiseen. Kontaktikulmamittaukset kuvaavat nesteen leviämistä alustalla; ristikkoviiltomenetelmä arvioi pinnoitteen irtoamiskestävyyttä. Kalvon paksuus ja kovettumisolosuhteet täydentävät rajapinnan arviointia.
05 / Tekniset tiedot
Tekniset testimenetelmät.
Tekninen arviointi kattaa raaka-aineen alkuperän, lämpövasteen, taivutuskäyttäytymisen ja pintakäsittelyn. Nämä ISO-menetelmät määrittävät toistettavat mittausolosuhteet ja selkeän perustan tulosten tulkinnalle.
Biopohjaisen hiilen osuus määritettynä ¹⁴C-analyysillä.
Differentiaalisella pyyhkäisykalorimetrialla mitattu lasisiirtymälämpötila.
Taipumalämpötila määritellyn taivutuskuormituksen alaisena.
Massan muutos kuumennuksen aikana; menetelmä lämpöhajoamisen arviointiin.
Taivutusominaisuudet määritellyissä testiolosuhteissa.
Pinnoitteen irtoamiskestävyys ristikkoviiltokokeessa.
Sileiden, peittävien pinnoitteiden kiillon mittaus 20°, 60° ja 85° kulmissa.
Tuotekohtaiset tekniset tiedot
Kattava tekninen tietue yksilöi materiaalilaadun ja toimittajan, lisäaineet ja pinnoitusjärjestelmän, sisätilavuuden, ulkomitat ja massan, tulostussuunnan, seinämärakenteen, sulkemistavan, testiolosuhteet ja hoitovaatimukset. Kukin tulos yhdistetään testattuun materiaalilaatuun, geometriaan ja pintakäsittelyyn.