PLÁSTICO/MATERIAL PLA: TODO LO QUE NECESITAS SABER.

IDEA 1.61.

El plástico PLA (ácido poliláctico) es conocido por su facilidad de uso. Consulta nuestra guía sobre el material PLA y su uso en la impresión 3D.

¿Qué es el PLA?.

Incluso si eres nuevo en el mundo de la impresión 3D, probablemente hayas oído hablar del filamento PLA, el material de impresión 3D más popular que existe. El ácido poliláctico, comúnmente conocido como PLA, es un bioplástico y termoplástico hecho de materiales naturales como el almidón de maíz. Es más conocido por su uso en la industria de la impresión 3D, que se vende en bobinas de un material trenzado conocido como filamento, pero el plástico PLA también se utiliza en otros contextos de fabricación debido a sus propiedades únicas.

El PLA es comparativamente fácil de trabajar y suele requerir un esfuerzo mínimo para producir piezas de calidad, especialmente en una impresora 3D FDM. Como se crea a partir de materiales naturales o reciclados, el PLA también es aceptado por su carácter ecológico, su biodegradabilidad y muchas otras características.

En este artículo, repasaremos todo lo relacionado con el plástico PLA, especialmente en lo que respecta a su uso en la impresión 3D. Veremos cómo se fabrica este plástico, sus ventajas y desventajas, usos, métodos de fabricación, propiedades, cuestiones de sostenibilidad y mucho más.

¿Cómo se fabrica el PLA?.

Aunque este proceso no ocurra delante de ti, es bueno saber cómo se fabrica un filamento o material. A diferencia de muchos plásticos fabricados mediante el refinado de petróleo crudo, el PLA se fabrica a partir de sustancias derivadas de plantas como el almidón de maíz y la caña de azúcar.

Materia prima.

En primer lugar, la materia prima natural, como el maíz, se somete a una molienda húmeda, en la que se aísla y separa el almidón de la planta. Tras esta extracción, el almidón se mezcla y se calienta con enzimas y otras sustancias químicas para liberar dextrosa (D-glucosa), un tipo de azúcar. A continuación, la dextrosa se fermenta, produciendo monómeros de ácido láctico, de los que se compone principalmente el ácido poliláctico (como se puede adivinar por el nombre).

A continuación, el ácido láctico puede transformarse en material PLA de dos maneras: condensando el ácido láctico en una lactida y utilizando después un proceso de polimerización o utilizando un proceso de condensación con el ácido láctico directamente. El primer método es más habitual y consiste en unir las moléculas añadiendo diferentes catalizadores y calor.

Filamento.

Una vez procesado el PLA, el plástico se granula y se vende como materia prima. En la producción del filamento de PLA, los fabricantes de filamentos primero mezclan estos gránulos de PLA con otras sustancias. Estos aditivos suelen dar al producto final propiedades mejoradas, como un color diferente, resistencia al calor o fuerza.

A continuación, la nueva mezcla se carga en una extrusora de filamentos especial que funde los granos y luego los enfría en forma de cordón con un diámetro preciso (normalmente 1,75 o 2,85 mm). Por último, el plástico ensartado se envuelve en una bobina, se empaqueta y se envía a todo el mundo.

Cuando el PLA se utiliza en otros contextos distintos a la fabricación de filamentos, el proceso es muy similar, salvo que la forma precisa varía en función del producto final previsto.

Pros y contras.

El PLA como material de impresión 3D tiene algunas ventajas obvias, pero es importante reconocer que este material no es perfecto y tiene algunos inconvenientes. A continuación, hemos enumerado algunas de las ventajas y desventajas de este material.

Pros.

• Fácil de imprimir: El PLA es súper fácil de imprimir; casi todas las impresoras 3D pueden imprimir este material, y no necesita una cama caliente. El PLA requiere temperaturas relativamente bajas en comparación con otros materiales de impresión, puede imprimirse con cierta rapidez (alrededor de 60 mm/s) y no requiere un recinto.
• Es barato: El PLA es bastante barato de comprar en comparación con otros materiales de impresión más especializados como el nylon o el policarbonato (PC), lo que lo convierte en una gran opción para los fabricantes con un presupuesto.
• Amplia gama de colores y opciones: El PLA viene en muchas formas diferentes, y los fabricantes han hecho este filamento en casi cualquier color que puedas imaginar. Además, existen filamentos de PLA compuestos y para fines especiales, como el PLA con fibra de carbono, el PLA brillante e incluso el PLA perfumado.
• Biodegradable y ecológico: Como el PLA procede de las plantas, es lógico que sea biodegradable, a diferencia de otros plásticos (por ejemplo, el ABS) que se fabrican a partir del refinado del petróleo crudo, lo que perjudica al medio ambiente.
• No es tóxico: El PLA no es tóxico cuando se puede mantener sin contaminar, lo que amplía sus aplicaciones a ámbitos como la industria médica y alimentaria.
• Sin humos: Cuando se funden los termoplásticos, se liberan inevitablemente humos, especialmente los de materiales tóxicos como el ABS, que pueden contener sustancias inhalantes nocivas e incluso cancerígenas. Aunque el PLA puede liberar algunos humos, casi no hay olor y el riesgo es mucho menor.

Contras.

• Es frágil y relativamente débil: La desventaja más evidente del PLA es su baja resistencia a la flexión. Las piezas de PLA impresas en 3D son significativamente más débiles que las piezas moldeadas por inyección e incluso las piezas impresas en 3D en otros materiales como PETG y ABS. Además, las piezas de PLA no suelen doblarse, sino que se rompen muy rápidamente cuando se aplica suficiente fuerza, lo que significa que el material es muy frágil.
• Baja temperatura y resistencia química: Además de no ser el material más fuerte que existe, el PLA tampoco es muy resistente al calor. El PLA tiene una baja temperatura de transición vítrea, por lo que las piezas impresas en este material tienden a deformarse en condiciones de calor, lo que hace que el PLA sea un material menos ideal para su uso en exteriores. Además, ciertos productos químicos hacen que el PLA libere sus sustancias químicas en bruto, concretamente el ácido láctico, que puede ser perjudicial en cantidades elevadas.
• Descomposición lenta: Aunque el PLA es biodegradable, como cabría esperar del plástico, tarda mucho tiempo en descomponerse. En condiciones ideales de composición, el plástico PLA tarda tres meses en descomponerse, lo cual es mucho tiempo en comparación con otros materiales descomponibles.

Dónde se utiliza.

El PLA es el material de impresión 3D más popular, pero tiene muchos otros usos además de la impresión 3D:

• Embalaje de alimentos: El PLA es un material totalmente natural, no tóxico y teóricamente seguro para los alimentos, lo que lo convierte en un plástico ideal para el envasado de alimentos porque no los contamina. Aunque el PLA puede reaccionar con ciertos productos químicos y líquidos, los resultados han demostrado que libera una cantidad insignificante de ácido láctico. Por ejemplo, NatureWorks, una empresa de bioplásticos, ha utilizado con éxito el PLA para fabricar un componente para el envasado de alimentos.
• Medicina: Una vez más, la composición no tóxica del PLA lo hace útil en la industria médica y sanitaria. Los componentes de PLA se han utilizado en dispositivos de fijación ósea, como tornillos y placas de fijación.
• Creación de prototipos: La creación de prototipos en PLA se realiza normalmente con la impresión 3D, y es una gran manera para que las empresas y los individuos den vida a una idea. Esto se debe a que el PLA es muy fácil de imprimir, es barato y se puede utilizar con cualquier impresora 3D FDM.
• Aplicaciones estructurales: A pesar de su fragilidad y baja durabilidad, el PLA se utiliza habitualmente en los edificios, desde las fibras de las alfombras hasta la espuma aislante. El PLA también puede utilizarse para artículos de decoración que no estén sometidos a esfuerzos físicos.
• Textiles: El PLA también se utiliza en la producción de telas y otros textiles debido a su transpirabilidad, bajo peso y otras propiedades. El PLA no es el plástico más popular en la industria textil, pero tiene potencial y es una alternativa ecológica. Un ejemplo de este uso lo encontramos en el proyecto Fibfab, que ha probado con éxito el PLA para su uso en ropa informal y de protección.
• Cosméticos: El sector de la cosmética contribuye enormemente a la generación de residuos plásticos, y el PLA está ganando popularidad como alternativa de envasado por su carácter ecológico y sus fuentes totalmente naturales.

Ahora que ya conoce los sectores en los que más se utiliza el PLA, a continuación le mostramos algunas formas en las que se producen los componentes de PLA:

• Impresión 3D: La impresión 3D FDM es una forma muy común de producir piezas en PLA: El material es muy fácil de imprimir, y no necesita altas temperaturas, una cama calentada, o un extrusor de accionamiento directo.
• Moldeo por inyección: El moldeo por inyección es el método más popular de fabricación de piezas de plástico, y es la forma en que se fabrican la mayoría de las piezas de plástico del día a día. Aunque el moldeo por inyección se suele utilizar con el plástico ABS para fabricar piezas como los ladrillos de Lego o las piezas internas de los coches (como los salpicaderos), este método también puede funcionar con el PLA. Sin embargo, el PLA no se utiliza tan comúnmente para el moldeo por inyección debido a su baja tasa de cristalización.
• Fundición y más: La fundición es muy similar al moldeo por inyección, pero utiliza la gravedad en lugar de la presión aplicada para formar una pieza. También existen otros métodos de fabricación similares para el PLA, como el termoformado. Al igual que el moldeo por inyección, estos métodos no son muy populares para producir piezas de PLA, pero se utilizan en algunas industrias.

Propiedades de los materiales.

Aunque ya hemos mencionado algunas, como la fragilidad, el plástico PLA tiene muchas propiedades que merece la pena comentar:

• Resistencia: El PLA no es un plástico conocido por su resistencia (eso sería el nylon o el PC), pero la resistencia de una pieza de PLA depende más de cómo se haya fabricado que del propio material. Por ejemplo, si se utiliza una densidad de relleno y una altura de capa mayores, se obtendrá una pieza impresa en 3D más resistente.
• Flexibilidad: El PLA es un plástico rígido, lo que significa que tiene una baja resistencia a la flexión en comparación con otros plásticos, especialmente los flexibles como el TPU. Además, como hemos mencionado, el PLA es frágil. En lugar de doblarse, suele romperse y quebrarse.
• Resistencia a la temperatura: El PLA no requiere una cama caliente para imprimir, lo que significa que puede utilizarse en máquinas económicas. Esto se debe a la baja temperatura de transición vítrea del PLA, lo que significa que se deforma rápidamente con el calor. Esto significa que probablemente no deberías utilizar las piezas de PLA en el exterior o mantenerlas bajo la luz solar directa, ya que se desfigurarán fácilmente.
• Resistencia a los rayos UV: A diferencia del ABS, que tiene una gran resistencia a los rayos UV, el PLA no soporta muy bien los rayos del sol. Al igual que cuando se enfrentan al calor, las piezas de PLA pueden deformarse cuando se exponen a la luz UV durante mucho tiempo.
• Resistencia química: El PLA no es soluble en disolventes como la acetona o el alcohol isopropílico y, en general, el plástico PLA es un material muy resistente y estable químicamente. Sin embargo, todavía se pueden utilizar disolventes más potentes como el diclorometano y mezclas como el XTC3D para disolver o alisar por capas las piezas de PLA.

Rendimiento de impresión.

El PLA es un material destinado principalmente a la impresión 3D, a diferencia de otros plásticos como el ABS o el policarbonato que se utilizan predominantemente de otras maneras. En general, el PLA tiene un gran rendimiento de impresión, debido a algunos factores.

En primer lugar, el PLA no requiere una cama calefactada, una carcasa o un extrusor de accionamiento directo, por lo que el equipo necesario para imprimir este material no es caro, ya que a veces cuesta menos de 100 dólares. Materiales como el ABS, el PETG y el TPU requieren al menos una de estas cosas para crear impresiones de calidad.

En segundo lugar, el PLA es ampliamente accesible, y la industria de la impresión 3D de consumo ha crecido lo suficiente como para que el filamento de PLA esté fácilmente disponible en línea. También es bastante barato, a partir de unos 20 dólares por kilo. Otros filamentos, como el PETG, cuestan unos cuantos dólares más por kilo, y hay menos opciones.

En tercer lugar, el PLA es bastante tolerante a los distintos ajustes de impresión (dentro de lo razonable), por lo que conseguir una buena impresión es bastante fácil sin necesidad de un largo proceso de pruebas para perfeccionar los ajustes de la cortadora. La mayoría de los perfiles de corte predeterminados le dejarán con un modelo satisfactorio desde el principio, y sólo un poco de ajuste puede mejorar sus impresiones aún más. En cambio, el ABS, el PETG y el TPU son sensibles a los ajustes de la cortadora, por lo que los perfiles de la cortadora para estos materiales deben ajustarse con delicadeza para producir buenas impresiones.

Por último, el PLA puede imprimirse más rápidamente que la mayoría de los demás materiales y, debido al deseo de crear prototipos rápidos, el PLA es muy popular para desarrollar prototipos rápidamente. Nadie quiere esperar durante días hasta que se produzca su primer prototipo porque, para entonces, es posible que haya pasado al siguiente.

Tipos de PLA.

A lo largo de los años, han surgido muchos tipos únicos de filamento de PLA, lo que ofrece al consumidor muchas opciones:

• Estándar: En primer lugar, el PLA estándar es el tipo regular de PLA que prevalece en la industria de la impresión 3D, sin características únicas o especiales además de las propiedades básicas del material PLA.
• Plus: Plus y Pro son términos comunes en el negocio del filamento para describir un material que ha sido mezclado con aditivos especiales para mejorar su rendimiento, normalmente en lo que respecta a su resistencia. El PLA Pro y el PLA+ son excelentes opciones si quieres imprimir piezas funcionales y de uso real que estarán sometidas a tensiones físicas, pero en un material que sigue siendo fácil de imprimir.
• Madera: El PLA de madera es un tipo de PLA compuesto que contiene aditivos que proporcionan propiedades visuales similares a las de la madera, y este filamento es útil para hacer piezas que quieren ser de madera, como las placas.
• Seda: El PLA de seda proporciona un acabado súper brillante, suave y sedoso a las piezas, lo que lo convierte en una opción popular para imprimir piezas estéticas como jarrones.
• Mármol: El filamento de mármol es otra opción popular, y los verdaderos filamentos de mármol contienen pequeñas partículas de mármol para obtener un acabado moteado similar al mármol. Otros filamentos moteados también se clasifican a veces como PLA de mármol, aunque no contengan trozos reales de mármol.
• Brillante: El PLA brillante o chispeante es muy divertido. Este tipo de PLA tiene grandes partículas de brillo que son muy visibles, por lo que se puede ver una pieza impresa brillar bajo la luz.
• Con fibra de carbono: Este tipo de PLA es otro compuesto y, como su nombre indica, es un filamento de PLA infundido con partículas de fibra de carbono para aumentar la resistencia y la durabilidad del PLA, manteniendo la mayoría de sus propiedades de facilidad de uso.
• Brilla en la oscuridad: El PLA que brilla en la oscuridad es muy popular y brilla en la oscuridad debido a los aditivos especiales del filamento.
• Conductor: El PLA conductivo es un tipo de filamento que produce piezas conductoras de electricidad que puedes utilizar para proyectos eléctricos de baja magnitud, como alimentar un LED utilizando un circuito impreso en 3D.

Productos más populares.

Ahora que conoces los pros, los contras y los tipos de PLA, es posible que quieras una o dos bobinas de filamento de PLA. Aunque muchas empresas hacen afirmaciones sobre la calidad del filamento, unas pocas son conocidas por su reputación y su calidad constante de bobina a bobina. A continuación se muestra una lista de algunas marcas de calidad de filamento de PLA:

• Hatchbox: Hatchbox es un pequeño fabricante de filamento de impresión 3D que vende filamentos de calidad en colores básicos a un precio asequible (alrededor de 20 dólares por kg), incluyendo un PLA bien revisado.
• Prusament: Prusament es el sector de filamentos de Prusa Research, y fabrican un surtido de materiales, incluido el PLA, que ofrecen en colores básicos y brillantes.
• Protopasta: Aunque su filamento puede costar bastante más que la mayoría de las marcas, Protopasta ofrece algunos de los filamentos de PLA más singulares que existen. Desde colores brillantes y chispeantes hasta con aroma a café e infusión de fibra de carbono, Protopasta te tiene cubierto.
• Polymaker: Polymaker vende diferentes tipos de PLA en colores básicos. Entre ellos, PolyLite, su opción estándar, PolyMax, un filamento resistente a los impactos, PolyTerra, su opción ecológica, y compuestos como PolyWood.
• MatterHackers: MatterHackers es un popular minorista en línea de suministros de impresión 3D para una variedad de marcas, y también hacen su propio conjunto de filamentos, incluyendo su Build Series PLA y su Pro Series PLA. MatterHackers también ofrece otros tipos de PLA como opciones sedosas y PLA que brillan en la oscuridad.
• Fillamentum: Fillamentum es otro fabricante de filamentos de gama alta, y sus filamentos de PLA son algunos de los mejores que hay, conocidos por sus colores únicos (por ejemplo, cristalino) y su gran rendimiento de impresión.

La sostenibilidad.

Como hemos mencionado, el plástico PLA se obtiene de plantas como el maíz, en lugar de materiales nocivos como el petróleo crudo, con el que se fabrican la mayoría de los demás plásticos. Esto significa que el PLA es un material sostenible en su mayor parte, ya que las plantas son relativamente renovables.

El PLA también es técnicamente biodegradable, pero las piezas de plástico de PLA tardan mucho tiempo, incluso en un entorno ideal, en degradarse. Un estudio reveló que en un entorno de compostaje controlado, con calor y organismos descomponedores para acelerar el proceso, el plástico de PLA tardaba tres meses en descomponerse.

El PLA tardaría incluso más de tres meses en descomponerse en condiciones naturales no controladas. Por lo tanto, no es que puedas tirar todos tus viejos 3DBenchys al compostador o al suelo. Lo mejor es enviar las piezas de PLA a una instalación especial para el compostaje de bioplásticos.

Toxicidad y seguridad alimentaria.

Por último, es importante hablar de la toxicidad y la seguridad alimentaria del plástico PLA, ya que se trata de una consideración clave a la hora de utilizar cualquier material. El PLA es un material no tóxico y, en teoría, puede utilizarse para producir artículos seguros para los alimentos, a diferencia de otros plásticos de impresión 3D como el ABS. Sin embargo, hay muchos otros factores que contribuyen a la seguridad alimentaria del PLA, especialmente si se trata de una pieza impresa en 3D.

El hecho de que un material no sea tóxico no significa que sea seguro para entrar en contacto con los alimentos. Por ejemplo, la impresión 3D FDM crea piezas capa por capa, y hay huecos bastante obvios entre estas capas. Estos espacios pueden atrapar partículas extrañas, contaminando potencialmente la pieza y haciendo que deje de ser segura para los alimentos. Sin embargo, antes de que esto ocurra, el filamento de PLA pasa por un extrusor, un tubo, un extremo caliente y una boquilla, lugares en los que otros materiales potencialmente inseguros entran en contacto con el PLA.

Teniendo esto en cuenta, es importante recordar que, aunque el plástico PLA puro no es tóxico y es seguro para los alimentos, otros materiales y partículas pueden afectar a la seguridad de la pieza acabada. Recomendamos consultar nuestra guía para imprimir piezas seguras para los alimentos antes de intentar imprimir cualquier cosa que vaya a entrar en contacto con los alimentos.

Artículo original disponible en: 3ALLDP.