PLA for 3D Printing: สิ่งคุณควรรู้เกี่ยวกับ PLA ในการพิมพ์ 3 มิติ

ทุกวันนี้มนุษย์เราใกล้ชิดกับพลาสติกมากที่สุดในโลก เราเสพติดการใช้พลาสติกเพราะมันช่างมีประโยชน์และจำเป็นต่อชีวิตเหลือเกินราวกับปัจจัยที่ 5 วันนี้เราจะมาทำความรู้จัก พลาสติกที่ถูกทำให้หน้าตาเป็นมิตรและมีจิตใจดีที่เรียกว่า PLA กันค่ะ

เรารู้กันว่าเป็นระยะเวลาหลายปีแล้วที่ได้เกิดแนวคิดใหม่ในการผลิตพลาสติกที่สามารถย่อยสลายได้ รวมไปถึงการใช้วัตถุดิบที่สามารถนำกลับมาใช้งานใหม่ได้ในธรรมชาติ (Renewable resource) เพื่อนำมาทดแทนพลาสติกจากปิโตรเคมี

แต่มีใครบ้างที่รู้จักพลาสติกชนิดนี้จริงๆ

สิ่งที่เราควรรู้อันดับแรกก็คือ เจ้าพลาสติกย่อยสลายได้ตามธรรมชาติที่ว่านี้ ยังแบ่งตามแหล่งกำเนิดวัตถุดิบได้ 2 ประเภท คือ

1. พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ที่ผลิตจากผลิตภัณฑ์ปิโตรเคมี (petroleum-based biodegradable plastics)
2. พลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ที่ผลิตจากวัตถุดิบมวลชีวภาพ (bio-based biodegradable plastics)

ซึ่งเจ้าพลาสติกชนิดย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่ผลิตจากวัตถุดิบมวลชีวภาพ กำลังเป็นที่สนใจในหลายๆ ประเทศ รวมถึงในประเทศไทย

ว่าแต่…

PLA คืออะไร ทำไมถึงเป็นพลาสติกที่ได้รับความนิยม

PLA บริสุทธิ์ผลิตมาจากวัตถุดิบตามธรรมชาติ (ข้าวโพด มันสำปะหลัง อ้อย) ที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ (renewable raw materials) และไม่ได้มาจากวัตถุดิบจากฟอสซิล (fossil raw materials) เหมือน ABS ซึ่งนี่คือข้อดีของ PLA เมื่อคิดว่าถึงข้อที่ว่า น้ำมันดิบของเราเป็นทรัพยากรที่มีจำกัด อย่างไรก็ตามมีคำถามทางจริยธรรมเกิดขึ้นเช่นกัน ว่ามันสมเหตุสมผลไปจนถึงสมควรหรือ ที่จะผลิตพลาสติกขึ้นจากพืชซึ่งเป็นอาหารของเรา เนื่องจากประชากรโลกยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและความต้องการอาหารก็มากขึ้นเรื่อย ๆ

ข้อนี้ Jan-Peter Willie ผู้ร่วมก่อตั้ง 3D4Makers กล่าวว่า“ มีการถกเถียงกันมากมายเกี่ยวกับปริมาณคาร์บอน เชื้อเพลิงฟอสซิลและการใช้น้ำทั้งหมดทั้งมวลในการผลิตพลาสติกชีวภาพจากวัสดุธรรมชาติ และไม่ว่ามันจะส่งผลกระทบเชิงลบต่ออุปทานด้านอาหารของมนุษย์หรือไม่ ในการผลิต PLA 1 กิโลกรัม (ให้เป็นพลาสติกที่ย่อยสลายได้ในเชิงพาณิชย์ที่ใช้กันทั่วไป) ต้องใช้ข้าวโพด 2.65 กิโลกรัม และเนื่องจากมีการผลิตพลาสติกถึง 270 ล้านตันทุกปี การแทนที่พลาสติกทั่วไปด้วย PLA ที่ได้จากข้าวโพดจะทำให้ปริมาณแหล่งอาหารของโลกลดลง 715.5 ล้านตันในช่วงเวลาที่เกิดสภาวะโลกร้อนที่กำลังลดกำลังการผลิตของฟาร์มในเขตร้อน” กล่าวอีกนัยหนึ่งถ้าเราเปลี่ยนไปใช้พลาสติกชีวภาพกันหมดก็ต้องมีการแข่งขันหรือถกกันเรื่องอาหารกับพลาสติกกันต่อไป

All you need to know about PLA for 3D printing : PLA สำคัญกับการพิมพ์ 3 มิติอย่างไร

PLA หรือที่เรียกว่ากรด polylactic หรือ polylactide เป็นเทอร์โมพลาสติกที่ผลิตจากแหล่งพลังงงานหมุนเวียนได้ เช่นแป้งข้าวโพด มันสำปะหลัง หรือ อ้อยซึ่งแตกต่างจากวัสดุอุตสาหกรรมอื่น ๆ ที่มาจากปิโตรเลียม หรือเป็นผลิตภัณฑ์ปิโตเคมีเป็นหลัก แต่เนื่องจาก PLA กำลังกลายเป็นที่นิยมในอุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติ เราจึงได้เริ่มเห็น PLA ในการใช้งานทางการแพทย์และในผลิตภัณฑ์อาหารมากขึ้นเรื่อยๆ

เพื่อรับทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับวัสดุชนิดนี้เราได้จัดเตรียม complete guide เกี่ยวกับเส้นใย PLA สำหรับการพิมพ์ 3 มิติ ว่าอะไรคือพารามิเตอร์การพิมพ์ที่ดีที่สุด เส้นใย PLA ต่างจากเส้นใย ABS อย่างไร? ใครคือผู้ผลิต ควรใช้ PLA เมื่อไรจึงจะดีและใช้กับแอพพลิเคชั่นแบบไหนจึงจะดีที่สุด?

*ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) เป็นพลาสติกที่มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม เนื่องจากเป็นวัสดุที่แข็งแรง สามารถรับแรงกระแทก ทนความร้อนได้สูง จึงมีการนำไปใช้ผลิตสินค้าหลากหลายชนิด เช่นของเล่น LEGO อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และกันชนรถยนต์

The production of PLA plastic

PLA ถูกสรรค์สร้างขึ้นในช่วงทศวรรษ 1930s โดย Wallace Carothers นักเคมีชาวอเมริกัน เป็นที่รู้จักมากที่สุดสำหรับการพัฒนาไนลอน (Nylon) และนีโอพรีน (Neoprene) ของบริษัทด้านเคมี DuPont แต่มันยังใช้งานไม่ได้จนถึงช่วงทศวรรษ 1980s เมื่อมีการผลิต PLA ขึ้นเพื่อใช้งานโดยบริษัทอเมริกัน Cargill

โพลีเมอร์เทอร์โมพลาสติกชนิดนี้ผลิตโดยการหมักคาร์โบไฮเดรตเช่น แป้งข้าวโพด จากนั้นก็ทำการบดเพื่อแยกแป้งออกจากข้าวโพด นำมาผสมกับกรด หรือ โมโนเมอร์แลคติค (lactic monomers) ด้วยส่วนผสมนี้แป้งจะแตกตัวเป็นเดกซ์โทรส (หรือ D-glucose) หรือ น้ำตาลข้าวโพด ที่สุดแล้วการหมักกลูโคสจะสร้างกรด L-lactic ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของ PLA เจ้าสสารที่เกิดขึ้นนี้ถูกจัดเป็นของเหลวประเภท non-Newtonian pseudoplastic ซึ่งหมายความว่าความหนืดของมัน (หรือความต้านทานการไหล) จะเปลี่ยนไปตามความเค้นที่เกิดขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง PLA จัดเป็นวัสดุประเภท fine cut material ซึ่งหมายความว่าความหนืดจะลดลงเมื่อใช้ความเค้น

PLA filament in 3D printing 

เส้นใย PLA ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ หรือ AM ส่วนหนึ่งเป็นเพราะทำมาจากผลิตภัณฑ์ทดแทนและเนื่องจากคุณสมบัติเชิงกล PLA มักถูกใช้เป็นตัวเลือกที่คู่ควรสำหรับผู้เริ่มต้นใช้งานการพิมพ์ 3 มิติ เนื่องจากเป็นวัสดุที่ใช้งานได้ง่าย PLA ถูกจัดเป็น โพลิเมอร์กึ่งผลึก หรือ semi-crystalline polymer มีจุดหลอมละลายอยู่ที่180 องศา ซึ่งต่ำกว่าเส้นใย ABS ซึ่งจะเริ่มละลายที่อุณหภูมิระหว่าง 200 องศาถึง 260 องศา ซึ่งก็หมายความว่าเมื่อพิมพ์ด้วย PLA ไม่จำเป็นต้องใช้ heated printing bed หรือฐานรองพิมพ์ทำความร้อน และไม่จำเป็นต้องเป็นแบบปิด หรือ closed chamber เช่นกัน ข้อเสียเปรียบเพียงอย่างเดียวก็คือ เส้นใย PLA มีความหนืดสูงกว่าซึ่งสามารถอุดตันหัวพิมพ์ได้หากไม่ระวัง !

เส้นใย PLA ไม่มีคุณสมบัติเชิงกลเหมือนเส้นใย ABS ซึ่งมีความทนทานและยืดหยุ่นมากกว่า อย่างไรก็ตาม PLA มีความต้านทานต่อความร้อนได้ดีกว่า ดังนั้นจึงมักถูกใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร และมักจะถูกใช้ในงานที่ไม่ต้องการคุณสามบัติเชิงกลที่มีความซับซ้อนมากนัก เพราะใช้ง่ายกว่ากันมาก

ตัวอย่างเช่น PLA ไม่ต้องการการประมวลผลที่ซับซ้อน มันสามารถถูกขัดหรือใช้ได้กับอะซิโตน หรือ acetone (ของเหลวระเหยและติดไฟ ใช้ในการทำสีและยาชักเงา) หากจำเป็นและสามารถลบรอยได้ง่ายมาก แต่ก็อาจมีปัญหาบางประการกับชั้นแรกของวัสดุชนิดนี้ ดังนั้น จึงมีข้อแนะนำให้เพิ่มเทปกาวลงบนถาดพิมพ์ หรือ printing tray เพื่อความสะดวกในการปลดชิ้นงานออกจากเครื่องพิมพ์เมื่อชิ้นส่วนเสร็จสิ้น

Is it truly sustainable? : ยั่งยืนยังไง

ในปีที่ผ่านมา มีการตั้งคำถามเกี่ยวกับความยั่งยืนของ PLA อาจเป็นเพราะคุณสมบัติในเรื่องของการย่อยสลายทางชีวภาพ หรือbiodegradable ซึ่งมักจะถูกใช้ (เหมือนโฆษณาชวนเชื่อ) เมื่อมีการเอ่ยอ้างถึงเส้นใยชนิดนี้ และได้นำไปสู่ความสับสน ทำให้ PLA เป็นเหมืยนของเหลือใช้จากครัวเรือนที่สามารถทิ้งและปล่อยให้ย่อยสลายไปเองได้ ทั้งที่แท้จริงแล้ว วัสดุชนิดนี้สร้างขึ้นจากวัสดุที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ หรือ renewable materials ซึ่งมีอยู่ตามธรรมชาติ ‘แต่ไม่ได้ทำให้วัสดุนี้ย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ’

สสารชนิดนี้สามารถย่อยสลายได้ก็จริง แต่จะเกิดขึ้นภายใต้สภาวะแอโรบิค หรือ สภาวะมีกาศ (aerobic conditions) ที่คงที่แน่นอนเท่านั้น ตัวอย่างเช่น PLA สามารถย่อยสลายได้อย่างรวดเร็วเมื่ออยู่ภายใต้การกระบวนการย่อยสลายโดยอุตสาหกรรม (industrial composting) เท่านั้น โดยต้องมีอุณหภูมิมากกว่า 55-70 องศา ไม่เช่นนั้นก็อาจใช้เวลานานถึง 80 ปีในการย่อยสลายในที่โล่งทั่วไป เช่นเดียวกับพลาสติกอื่น ๆ ซึ่งจัดเป็นมลพิษพลาสติก

เข้าใจความเป็น PLA มากขึ้นหรือยัง

The main manufacturers of PLA filament

ปัจจุบัน PLAเป็นหนึ่งในวัสดุที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการพิมพ์ 3 มิติปัจจุบันมีผู้ผลิตหลายราย เช่น WeforYou บริษัท ออสเตรียผู้พัฒนาโพลีเมอร์และโซลูชั่นที่ยั่งยืนก็เป็นหนึ่งในบริษัทที่โดดเด่นที่สุด หรือจะ Evonik บริษัทสัญชาติเยอรมันที่มุ่งเน้นไปที่การพัฒนา PLA สำหรับภาคการแพทย์ บริษัทอเมริกัน NaturaWorks ผู้ผลิตไบโอโพลีเมอร์รายใหญ่ และ Corbion ซึ่งตั้งอยู่ในเนเธอร์แลนด์ มุ่งเน้นไปที่การพัฒนาเรซิ่นประสิทธิภาพสูงด้วย PLA

ราคาของเส้นใย PLA อาจแตกต่างกันไปขึ้ นอยู่กับสีและคุณลักษณะที่คุณต้องการ เส้นใยไฮบริดเช่นไม้ คอนดักเตอร์ ฯลฯ อาจทำให้ราคาสูงขึ้น โดยทั่วไปแล้วราคาของเส้นใยเดสก์ท็อปอยู่ระหว่าง 20 ยูโร – 70 ยูโรต่อกิโลกรัม นอกจากนี้ยังมีเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่สามารถผลิตเม็ดพลาสติกซึ่งสามารถลดราคาของวัสดุได้อย่างมาก

รู้จัก PLA กันมากขึ้นแล้วใช่ไหม

อ้างอิง: www.3dnatives.com

About The Author