PLA и PLA+: различия и сравнения

Полилактид (PLA) и его улучшенная версия PLA+ являются двумя широко используемыми материалами в области аддитивного производства, более известного как 3D-печать. Эти термопластичные полимеры, получаемые из возобновляемых источников, таких как кукурузный крахмал, сахарный тростник или другие растительные материалы, стали популярными благодаря своей экологичности, простоте использования и универсальности в применении. Несмотря на то, что PLA+ часто рассматривается как модифицированная версия PLA, между этими материалами существуют значительные различия в химическом составе, физических свойствах, процессе печати и областях применения. Данная статья посвящена детальному сравнению PLA и PLA+, их характеристикам, преимуществам, недостаткам и влиянию на развитие технологий 3D-печати.

PLA, или полимолочная кислота, представляет собой биопластик, который был впервые синтезирован в промышленных масштабах в начале XX века, хотя его массовое использование в 3D-печати началось значительно позже, с развитием доступных настольных 3D-принтеров в 2000-х годах. Этот материал получают путем ферментации углеводов, содержащихся в растительном сырье, с последующей полимеризацией молочной кислоты. Конечный продукт представляет собой твердый, но хрупкий пластик, который плавится при относительно низкой температуре — обычно в диапазоне от 180 до 220 °C, что делает его идеальным для использования в недорогих принтерах без необходимости нагреваемой платформы. PLA обладает высокой жесткостью и прочностью на растяжение, что позволяет создавать детализированные модели с четкими краями и гладкой поверхностью. Однако его хрупкость и низкая ударная вязкость ограничивают применение в тех случаях, где требуется повышенная механическая прочность или устойчивость к нагрузкам.

PLA+, с другой стороны, не является строго определенным химическим соединением, а скорее коммерческим названием для различных модифицированных версий PLA, разработанных производителями филаментов для устранения некоторых недостатков базового материала. В состав PLA+ обычно добавляют пластификаторы, сополимеры или другие добавки, такие как полиэфиры или термопластичные эластомеры, чтобы улучшить его физические свойства. Точный состав PLA+ может варьироваться в зависимости от бренда, поскольку производители часто держат свои рецептуры в секрете, что затрудняет унифицированное описание материала. Тем не менее, общими характеристиками PLA+ являются повышенная ударная вязкость, улучшенная гибкость и более высокая устойчивость к термическим и механическим нагрузкам по сравнению с обычным PLA. Температура плавления PLA+ также может быть немного выше, часто в диапазоне от 200 до 230 °C, что требует более точной настройки параметров печати.

Одним из ключевых различий между PLA и PLA+ является их поведение при печати. PLA известен своей простотой в использовании: он практически не подвержен деформации (warping), что позволяет печатать без нагреваемой платформы, а также имеет низкую склонность к усадке. Это делает его предпочтительным выбором для новичков в 3D-печати, а также для создания декоративных объектов, прототипов и моделей, не требующих высокой прочности. PLA+ сохраняет многие из этих преимуществ, но благодаря добавкам демонстрирует лучшую адгезию между слоями, что снижает вероятность расслоения (delamination) и делает напечатанные изделия более прочными. Однако это улучшение может сопровождаться небольшим увеличением сложности печати: для PLA+ иногда требуется более высокая температура экструдера и тщательная калибровка скорости печати, чтобы избежать проблем, таких как засорение сопла или неравномерное выдавливание материала.

С точки зрения механических свойств PLA и PLA+ существенно различаются. PLA обладает модулем упругости в диапазоне от 2,7 до 4 ГПа, что указывает на его высокую жесткость, но его удлинение при разрыве обычно составляет всего 3–6%, что свидетельствует о хрупкости. Ударная вязкость PLA также относительно низкая — около 2–5 кДж/м², что делает его уязвимым к трещинам при падении или сильном механическом воздействии. PLA+, благодаря добавлению пластификаторов, демонстрирует значительно более высокое удлинение при разрыве (иногда до 20–30%) и улучшенную ударную вязкость, которая может достигать 10–15 кДж/м² в зависимости от состава. Это делает PLA+ более подходящим для функциональных деталей, таких как крепежные элементы, корпуса или компоненты, подвергающиеся умеренным нагрузкам.

Термическая стабильность — еще одна область, где PLA и PLA+ различаются. PLA имеет температуру стеклования (Tg) около 55–60 °C, что означает, что изделия из него начинают деформироваться при нагревании выше этой температуры. Это ограничивает применение PLA в условиях, где возможен контакт с горячими поверхностями или длительное пребывание на солнце. PLA+, хотя и не достигает уровня термической устойчивости таких материалов, как ABS или PETG, обычно имеет более высокую температуру стеклования (до 65–70 °C) и лучше сохраняет форму при умеренном нагреве. Некоторые производители также утверждают, что их версии PLA+ способны выдерживать кратковременное воздействие температур до 100 °C без значительной деформации, хотя такие характеристики требуют независимой проверки.

Экологический аспект играет важную роль в популярности обоих материалов. PLA считается биоразлагаемым, поскольку в промышленных условиях компостирования (при температуре около 60 °C и высокой влажности) он разлагается на углекислый газ и воду в течение нескольких месяцев. Однако в естественной среде, например, на свалках, процесс разложения может занимать годы, что ставит под сомнение его полную экологичность. PLA+ унаследовал эту характеристику, но добавки, используемые для улучшения свойств, могут замедлять процесс биоразложения или делать его менее предсказуемым. Например, если в состав входят синтетические полимеры или неорганические наполнители, PLA+ может быть менее подвержен компостированию, что снижает его экологические преимущества по сравнению с чистым PLA.

С эстетической точки зрения оба материала предлагают широкие возможности. PLA доступен в огромном разнообразии цветов, включая прозрачные, металлические и флуоресцентные оттенки, что делает его популярным для художественных и декоративных проектов. Его гладкая поверхность и способность точно передавать мелкие детали делают его идеальным для печати сложных геометрических форм. PLA+ также доступен в широкой цветовой гамме, но благодаря улучшенной адгезии слоев он лучше подходит для печати крупных объектов с меньшим риском появления трещин или дефектов. Некоторые пользователи отмечают, что PLA+ имеет слегка матовый или менее глянцевый финиш по сравнению с PLA, что может быть как преимуществом, так и недостатком в зависимости от целей проекта.

Стоимость — еще один важный фактор при сравнении PLA и PLA+. PLA является одним из самых доступных материалов для 3D-печати: его цена обычно колеблется в диапазоне от 15 до 25 долларов за килограмм в зависимости от качества и производителя. PLA+, из-за добавления модифицирующих компонентов, стоит дороже — от 20 до 35 долларов за килограмм, а в некоторых случаях (например, для премиальных брендов) цена может достигать 50 долларов. Эта разница в стоимости может быть оправдана для проектов, где требуются улучшенные механические свойства, но для простых декоративных изделий или прототипов PLA часто остается более экономичным выбором.

Области применения PLA и PLA+ частично пересекаются, но имеют свои особенности. PLA широко используется в образовательных учреждениях, хоббийных проектах и для создания макетов благодаря своей простоте и безопасности (он не выделяет токсичных испарений при печати). PLA+ находит применение в более практичных задачах: от производства бытовых предметов, таких как крючки или держатели, до компонентов для легких механизмов. Однако ни один из этих материалов не подходит для экстремальных условий, таких как высокие температуры или интенсивные механические нагрузки, где предпочтение отдается материалам вроде нейлона или поликарбоната.

Влияние PLA и PLA+ на развитие 3D-печати трудно переоценить. PLA стал своего рода «входной точкой» в мир аддитивных технологий, сделав их доступными для широкой аудитории. PLA+, в свою очередь, расширил горизонты применения биопластиков, приблизив их к функциональным материалам. Оба материала продолжают эволюционировать: производители экспериментируют с новыми добавками, такими как углеродное волокно, древесные частицы или металлические порошки, чтобы создать композиты с уникальными свойствами.

В заключение можно сказать, что выбор между PLA и PLA+ зависит от конкретных потребностей пользователя. PLA остается непревзойденным по простоте использования, доступности и эстетическим качествам, в то время как PLA+ предлагает улучшенные механические характеристики и большую универсальность за счет компромиссов в стоимости и сложности печати. Эти два материала представляют собой важные вехи в развитии экологически ориентированных технологий 3D-печати, демонстрируя, как инновации в химии полимеров могут отвечать растущим требованиям современной индустрии и творчества.