LT
EN
DE
PL
DA
SV
NB
FI
ISURNELA / Medžiagos / 01
Polilaktidas.
PLA augalinės kilmės žaliava
Žaliava ir sandara
PLA sintezė ir žaliava.
PLA gamybai naudojami augaliniai cukrūs, gaunami iš kukurūzų, cukranendrių, cukrinių runkelių arba manioko. Fermentuojant cukrus gaunama pieno rūgštis; iš jos sintetinamas laktidas, kurį polimerizuojant gaunamas PLA. Žaliavos sudėtis ir priedai priklauso nuo konkrečios PLA rūšies.
PLA anglies šaltinis yra atsinaujinanti augalinė žaliava. Vertinant visą gaminio gyvavimo ciklą, taip pat atsižvelgiama į pigmentus, dangas, energijos sąnaudas, transportą ir gaminio tvarkymą pasibaigus naudojimui.
Molekulinė sandara
L- ir D-laktido vienetų santykis veikia molekulinių grandinių gebėjimą sudaryti kristalines sritis. Todėl stereocheminė sudėtis turi įtakos kristalizacijai ir šiluminei elgsenai.
Skaitinė ir masinė vidutinė molekulinė masė apibūdina grandinių ilgio pasiskirstymą. Jis veikia lydalo tekėjimą, mechanines savybes ir hidrolizės eigą.
Kristališkumo laipsnis priklauso nuo PLA rūšies ir šiluminės istorijos. Aušinimas bei vėlesnis terminis apdorojimas keičia kristalinių ir amorfinių sričių santykį.
Medžiagų pasirinkimas
Medžiagų palyginimas.
Natūrali mediena
Mediena yra atsinaujinanti, tačiau higroskopiška ir anizotropinė: drėgmė ir plaušų kryptis veikia jos matmenis bei mechanines savybes. Spausdinant iš PLA galima nuosekliai atkartoti sudėtingas formas ir tiksliai formuoti sienelių sandarą.
Iškastinės žaliavos polimerai
Skirtingai nuo iš naftos ar gamtinių dujų gaminamų polimerų, PLA anglis gaunama iš atsinaujinančios biomasės. Medžiagų eksploatacinės savybės lyginamos tomis pačiomis sąlygomis: vertinama šiluminė elgsena, atsparumas smūgiui, matmenų tikslumas ir paviršiaus kokybė.
Šiluminė elgsena
Šiluminiai virsmai ir irimas.
Stiklėjimo virsmas, deformacija veikiant apkrovai ir cheminis irimas yra skirtingi reiškiniai. Gaminio atsparumas šilumai vertinamas pagal šiluminius virsmus ir mechaninę elgseną, o ne vien pagal lydymosi temperatūrą. Reikšmės priklauso nuo PLA rūšies, spausdinimo krypties, sienelių sandaros ir dangos.
Stiklėjimo virsmas
Kylant temperatūrai, amorfinėje PLA dalyje molekulinių grandinių segmentai tampa judresni, todėl standumas gali mažėti dar prieš lydymąsi. Diferencinė skenuojamoji kalorimetrija (DSK) šį virsmą nustato pagal šiluminės talpos pokytį.
Deformacija veikiant apkrovai
Bandinys kaitinamas veikiant nustatytai lenkimo apkrovai. Fiksuojama temperatūra, kurioje pasiekiama nustatyta deformacija. Rezultatui svarbi apkrova, kaitinimo sparta ir bandinio geometrija.
Terminis irimas
Termogravimetrija registruoja bandinio masės kitimą kaitinant kontroliuojamoje atmosferoje. Masės pokyčio kreivė leidžia analizuoti terminį irimą; formos stabilumas veikiant apkrovai tiriamas atskirai.
Matavimo principai
Šiluminės talpos pokytis
Šiluminės talpos pokytis žymi stiklėjimo virsmo sritį.
Deformacijos kriterijus
Fiksuojama temperatūra, kuriai esant pasiekiama nustatyta deformacija.
Masės pokyčio kreivė
Masės kitimo kreivė apibūdina terminį irimą.
Vertinant 3D spausdintas dalis, kartu su temperatūra fiksuojamos bandinio laikymo prieš bandymą sąlygos, poveikio trukmė, sienelių storis ir spausdinimo kryptis. Tai leidžia laboratorinį rezultatą susieti su konkretaus gaminio geometrija.
Šilumos sklaida
Sienelės storis keičia įšilimo trukmę.
Šiluminį difuzyvumą α apibrėžia šilumos laidumas k, tankis ρ ir savitoji šiluminė talpa cₚ. Būdinga įšilimo trukmė τ apytikriai proporcinga sienelės storio L kvadratui ir atvirkščiai proporcinga α. Todėl paviršiaus ir sienelės vidaus temperatūra kinta nevienodu greičiu.
Hidrolizė
Vanduo skaido PLA esterinius ryšius. Aukštesnė temperatūra ir drėgmė šį procesą spartina. Trumpėjant molekulinėms grandinėms gali kisti mechaninės savybės. Šis procesas skiriasi nuo šiluminio minkštėjimo.
03 / Spausdinimo struktūra
Sluoksnių sandara ir mechaninės savybės.
Lydyto filamento spausdinimo metu detalė formuojama iš gretimų medžiagos takų. Mechanines savybes lemia ne vien PLA rūšis: svarbi takų kryptis, sluoksnių tarpusavio sąlytis ir vidinė geometrija.
Kryptis
Medžiagos takai apkrovą perduoda skirtingai sluoksnio kryptimi ir per sluoksnių sąsajas. Todėl bandinys aprašomas nurodant spausdinimo padėtį ir takų kryptį.
Sluoksnių sąlytis
Sąsajos susidarymą veikia gretimų takų temperatūra ir sąlyčio trukmė. Sluoksnių vientisumas turi įtakos mechaninėms savybėms spausdinimo aukščio kryptimi.
Sienelių geometrija
Sienelių skaičius, takų plotis ir vidinių ertmių dalis lemia medžiagos pasiskirstymą skerspjūvyje. Geometrija vertinama kartu su uždarymo konstrukcija ir reikiama vidine talpa.
04 / Paviršiaus apdaila
Dangos struktūra ir apdaila.
Ant paruošto PLA pagrindo dengiamas spalvinis sluoksnis. Priklausomai nuo pasirinktos dangų sistemos, naudojamas gruntas ir apsauginė danga. Apdailos kokybę lemia paviršiaus paruošimas, sluoksnių suderinamumas, dangos storis ir kietėjimo režimas.
Dangos techninėje specifikacijoje nurodomas rišiklio tipas, grunto suderinamumas, džiūvimo arba kietėjimo sąlygos ir priežiūra. Lygaus bandinio blizgis matuojamas pagal ISO 2813; faktūrinis paviršius papildomai vertinamas vizualiai.
Pagrindo paviršiaus energija ir mikroreljefas veikia skystos dangos sklaidą. Kontaktinio kampo matavimas parodo, kaip skystis pasiskirsto ant pagrindo; kryžminių įpjovų metodas leidžia įvertinti dangos atsparumą atsiskyrimui. Kartu vertinamas sluoksnio storis ir kietėjimo sąlygos.
05 / Techninė informacija
Techniniai bandymų metodai.
Skirtingoms medžiagos ir apdailos savybėms taikomi skirtingi bandymo metodai. Toliau pateikti ISO standartai apibrėžia, kaip nustatoma biologinės kilmės anglies dalis, šiluminės bei lenkimo savybės ir dangos charakteristikos.
Biologinės kilmės anglies dalies nustatymas anglies-14 metodu.
Stiklėjimo temperatūros nustatymas diferencine skenuojamąja kalorimetrija.
Deformacijos temperatūros nustatymas veikiant nustatytai lenkimo apkrovai.
Masės pokyčio matavimas kaitinant, taikomas terminio irimo analizei.
Lenkimo savybių nustatymas standartinėmis bandymo sąlygomis.
Dangos atsparumo atsiskyrimui įvertinimas kryžminių įpjovų metodu.
Lygių, nepermatomų dangų blizgio matavimas 20°, 60° ir 85° kampais.
Konkretaus gaminio specifikacija
Techninė gaminio kortelė apima PLA rūšį, priedų ir dangų sistemą, vidinę talpą, matmenis bei masę. Joje taip pat nurodoma sienelių sandara, spausdinimo kryptis, uždarymo konstrukcija, bandymo sąlygos ir priežiūra. Bandymų rezultatai siejami su konkrečia medžiaga, geometrija ir apdaila.