PLA (kyselina polymléčná) patří mezi nejoblíbenější a nejpoužívanější materiály v oblasti 3D tisku. Vyniká svou všestranností, snadným zpracováním a minimálním dopadem na životní prostředí. Tento bioplast, vyráběný z obnovitelných zdrojů jako je kukuřičný škrob nebo cukrová třtina, nabízí přijatelnou pevnost, rozměrovou stabilitu a širokou škálu barevných možností. Je ideální pro prototypování, dekorativní předměty či funkční modely, které nejsou vystaveny vysokým teplotám nebo mechanickému namáhání. PLA se vyznačuje nízkým sklonem k warpu (kroucení), minimálními výpary při tisku a dobrou adhezí k tiskovým podložkám, což z něj činí optimální volbu zejména pro začátečníky, ale i pro pokročilé uživatele 3D tiskáren.
PLA neboli kyselina polymléčná (Polylactic Acid) je termoplastický polyester, který se řadí mezi tzv. bioplasty. Na rozdíl od většiny běžných plastů vyráběných z ropy se PLA vyrábí fermentací rostlinných škrobů, nejčastěji z kukuřice, cukrové třtiny nebo cukrové řepy. Tento proces začíná extrakcí škrobu z rostlinných zdrojů, jeho přeměnou na dextrózu (jednoduchý cukr) a následnou bakteriální fermentací na kyselinu mléčnou. Ta je pak polymerizována do dlouhých molekulárních řetězců, které tvoří konečný materiál.
Výroba PLA je energeticky méně náročná než výroba běžných plastů a její uhlíková stopa je podstatně nižší. Během produkce se spotřebuje o 65 % méně energie než při výrobě tradičních plastů jako ABS nebo nylon. Navíc, při správných podmínkách je PLA biologicky rozložitelný, což znamená, že se v průmyslových kompostárnách může rozložit během 3-6 měsíců, zatímco konvenční plasty přetrvávají v přírodě stovky let.
Surový PLA materiál je průhledný až mléčně zakalený, ale díky snadné barvitelnosti je dostupný v široké paletě barev a finišů – od základních matných a lesklých variant až po speciality jako jsou metalické, fosforeskující nebo dřevu podobné kompozitní filamenty. Tato rozmanitost umožňuje designérům a výrobcům vytvářet esteticky atraktivní produkty s minimálním dopadem na životní prostředí.
Z chemického hlediska je PLA polyester, jehož struktura obsahuje esterové vazby, které jsou odpovědné za jeho rozložitelnost v přírodě. Molekulární hmotnost PLA může variovat, což ovlivňuje jeho mechanické vlastnosti a tepelnou odolnost. Standardní PLA má teplotu skelného přechodu (Tg) mezi 55-60°C a teplotu tání (Tm) mezi 170-180°C, což určuje jeho zpracovatelnost a teplotní limity použití.
Hustota PLA se pohybuje okolo 1,24 g/cm³, což je o něco více než u ABS (1,04 g/cm³). To znamená, že předměty vyrobené z PLA jsou při stejném objemu o něco těžší než jejich protějšky z ABS. Tato vlastnost může být výhodou v aplikacích, kde je žádoucí větší hmotnost výtisku, například pro stabilnější stojany nebo podstavce.
Co se týče mechanických vlastností, PLA vykazuje Youngův modul pružnosti v tahu 3,5-4,0 GPa, což znamená, že je relativně tuhý materiál. Jeho pevnost v tahu se pohybuje mezi 50-70 MPa, což je srovnatelné nebo dokonce lepší než u ABS. Nicméně, PLA je méně houževnatý a při deformaci se chová spíše křehce než plasticky, což může být limitující v některých funkčních aplikacích.
PLA je známý svou snadnou zpracovatelností, což z něj činí ideální volbu pro širokou škálu 3D tiskáren, včetně těch základních bez vyhřívaných podložek. Optimální teplota tisku se pohybuje v rozmezí 190-220°C, což je nižší než u mnoha jiných materiálů. Tato nižší teplota zpracování přispívá k energetické účinnosti procesu tisku a snižuje riziko termální degradace filamentu.
Vyhřívaná podložka není pro PLA nezbytně nutná, ačkoli mírné zahřátí na 40-60°C může zlepšit adhezi první vrstvy a minimalizovat riziko odlepení rohů (warping). Pro dobrou přilnavost prvních vrstev se osvědčuje také použití adhezních prostředků jako je lepidlo na papír, lakový sprej nebo specializované prostředky jako BuildTak či PEI desky.
Rychlost tisku může být u PLA relativně vysoká, běžně 40-100 mm/s v závislosti na konkrétní tiskárně a detailech modelu. Díky dobré tečení materiálu při tisku lze dosáhnout kvalitních výsledků i při vyšších rychlostech, což zkracuje dobu tisku. Chlazení výtisku by mělo být intenzivní – ventilátory nastavené na 80-100% kapacity pomáhají rychlému tuhnutí materiálu a zajišťují ostré detaily a převisy.
PLA vykazuje minimální tepelné smrštění během chladnutí, typicky kolem 0,2-0,4%. Tato vlastnost zajišťuje dobrou rozměrovou přesnost vytištěných dílů a minimalizuje problémy s warpingem, které jsou běžné u materiálů jako ABS. Nízké smrštění také umožňuje tisknout větší objekty s plochými základnami bez nutnosti použití specializovaných podložek nebo uzavřených tiskových komor.
Pro dosažení maximální rozměrové přesnosti se doporučuje kalibrovat průtok materiálu (flow rate) a provést testovací tisky před finálním výrobkem. Některé softwary pro přípravu G-kódu umožňují nastavit kompenzaci smrštění, ale u PLA to většinou není nutné díky jeho inherentní stabilitě. Správné nastavení retrakce (zpětného vtažení filamentu) také pomáhá minimalizovat strunování a zvyšuje čistotu povrchu vytištěných modelů.
PLA nabízí dobrou pevnost v tahu, která se pohybuje kolem 50-70 MPa, což jej činí dostatečně odolným pro mnoho aplikací. Předměty vytištěné z PLA jsou tuhé a mají slušnou strukturální integritu za normálních podmínek. Youngův modul pružnosti 3,5-4,0 GPa značí, že PLA je méně pružný a více rigidní ve srovnání s materiály jako TPU nebo PETG.
Zásadním omezením PLA je jeho relativně nízká teplotní odolnost. Díly začínají měknout již při teplotách nad 55-60°C, což komplikuje jejich použití v prostředích s vyššími teplotami nebo pro aplikace vystavené přímému slunečnímu záření. Kromě toho je PLA náchylný k degradaci při dlouhodobém vystavení vlhkosti a UV záření, což limituje jeho venkovní použití bez dodatečné povrchové úpravy.
PLA exceluje v řadě aplikací, kde jsou jeho přednosti plně využity:
Prototypování a vývojové modely – díky přesnosti, detailnosti a snadnému tisku je PLA ideální pro rychlé prototypování konceptů a ověřování designů.
Architektonické modely a vizualizace – dobrá povrchová kvalita a široká škála barev umožňují vytváření esteticky působivých prezentačních modelů.
Dekorativní předměty a umělecké objekty – PLA se výborně hodí pro tisk sošek, ornamentů a dalších dekorativních prvků díky detailní reprodukci a atraktivnímu vzhledu.
Vzdělávací pomůcky a demonstrační modely – pro školy a vzdělávací instituce představuje PLA bezpečný materiál s minimálními emisemi při tisku.
Nízko-zátěžové funkční součástky – držáky, organizéry, kryty a další součástky, které nejsou vystaveny extrémním podmínkám, lze úspěšně realizovat v PLA.
Navzdory svým přednostem není PLA univerzálním řešením pro všechny aplikace. Je nevhodný zejména pro:
Součástky vystavené teplotám nad 50°C – například díly v blízkosti motorů, topných těles nebo v uzavřených automobilech na slunci.
Mechanicky namáhané funkční komponenty – díky své relativní křehkosti není PLA ideální pro díly, které musí odolávat opakovanému ohýbání nebo nárazům.
Venkovní dlouhodobé instalace – bez dodatečné povrchové úpravy degraduje PLA působením UV záření a vlhkosti.
Aplikace v potravinářství s teplými potravinami – ačkoliv je PLA obecně považován za bezpečný pro kontakt s potravinami, jeho nízká tepelná odolnost omezuje použití s teplými potravinami.
V reakci na omezení standardního PLA vyvinuli výrobci materiálů řadu vylepšených variant, často označovaných jako PLA+ nebo PLA Pro. Tyto materiály si zachovávají snadnou tisknutelnost klasického PLA, ale nabízejí lepší mechanické vlastnosti. Pevnost v tahu může dosahovat až 80 MPa, což představuje významné zlepšení oproti běžnému PLA. Vylepšená je také houževnatost a odolnost proti nárazu, která se blíží materiálům jako PETG.
Vysokopevnostní varianty PLA často obsahují přídavné polymerní modifikátory nebo jsou výsledkem pokročilých výrobních procesů, které optimalizují molekulární strukturu. Tyto materiály umožňují rozšířit použití PLA i do oblastí, kde by běžné varianty neobstály z důvodu nedostatečné odolnosti. Pro tisk těchto modifikovaných variant se doporučuje mírně vyšší teplota, typicky o 5-10°C více než u standardního PLA.
Jednou z nejzajímavějších inovací v oblasti PLA jsou kompozitní materiály, které kombinují základní PLA matrici s různými plnivy pro dosažení specifických vlastností nebo vizuálních efektů:
PLA s dřevěnými vlákny (Wood PLA) – obsahuje jemně mletá dřevěná vlákna, která dodávají výtiskům vzhled a texturu dřeva. Po vytištění lze tyto materiály brousit, mořit nebo jinak upravovat podobně jako skutečné dřevo. Tisknou se při teplotách kolem 190-220°C s důrazem na kontrolu retrakce.
PLA s kovovými příměsemi – filamenty obsahující jemný kovový prášek (bronz, měď, hliník) poskytují vzhled a částečně i váhu kovu. Po vytištění lze povrch leštit nebo patinovat pro zvýraznění kovového efektu. Tyto materiály jsou abrazivnější, proto se doporučuje použití odolných trysek.
PLA s uhlíkovými vlákny – přidání krátkých uhlíkových vláken zvyšuje tuhost a pevnost materiálu při zachování nízké hmotnosti. Tyto kompozity jsou vhodné pro konstrukční díly s vyššími nároky na pevnost.
PLA s keramickými příměsemi – napodobují vzhled a vlastnosti keramiky, po vytištění mohou být glazovány a některé varianty lze dokonce vypalovat v peci, kde se PLA matrice vypálí a zůstane keramický objekt.
Tyto speciální materiály rozšiřují možnosti designu a umožňují vytvářet objekty s jedinečnými vlastnostmi a vzhledem, které by s čistým PLA nebyly dosažitelné.
Výtisky z PLA lze po dokončení tisku dále upravovat různými metodami pro zlepšení jejich vzhledu nebo funkčních vlastností:
Broušení a vyhlazování – PLA se dobře brousí pomocí brusných papírů různých zrnitostí. Pro optimální výsledky se doporučuje postupovat od hrubších po jemnější zrnitosti. Broušení za mokra může poskytnout ještě hladší povrch.
Tmelení a vyplňování – drobné nedokonalosti lze opravit pomocí akrylových nebo epoxidových tmelů. Po zaschnutí a vybroušení poskytují hladký povrch připravený pro další úpravy.
Nátěry a laky – PLA přijímá dobře většinu nátěrů včetně akrylových, latexových a polyuretanových barev. Pro optimální přilnavost se doporučuje povrch před nátěrem zbrousit a použít základovou barvu (primer).
Chemické vyhlazování – ačkoliv není tak běžné jako u ABS, lze i PLA částečně vyhladit pomocí některých rozpouštědel, jako je ethylacetát nebo tetrahydrofuran. Tato metoda vyžaduje opatrnost a dobré větrání.
Metalizace a pokovení – pro speciální efekty lze použít metalizační spreje nebo techniky galvanického pokovování po aplikaci vodivé základní vrstvy.
Díky těmto post-processingovým technikám lze dosáhnout profesionální kvality povrchu a vzhledu, který často není rozeznatelný od produktů vyrobených konvenčními metodami jako je vstřikování plastů.
PLA je vynikající volbou pro širokou škálu aplikací díky své všestrannosti, snadnému zpracování a ekologickému profilu. Je obzvláště vhodný pro:
Začátečníky v 3D tisku – díky své toleranci k různým nastavením tiskárny a minimálním problémům s warpingem.
Detailní modely a prototypy – díky možnosti tisku ostrých detailů a dobrých převisů bez nutnosti podpor.
Vizuálně atraktivní projekty – vzhledem k široké škále barev a speciálních variant včetně průhledných, metalických nebo se vzhledem dřeva, kovu či keramiky.
Projekty s důrazem na ekologii – jako biologicky rozložitelný materiál vyrobený z obnovitelných zdrojů je PLA nejekologičtější volbou mezi běžnými 3D tiskovými materiály.
Tisk v uzavřených prostorách jako jsou domácnosti, školy nebo kanceláře – díky minimálním emisím a příjemnému aroma při tisku.
Pro optimální výsledky s PLA doporučujeme experimentovat s různými teplotami a nastaveními tisku, neboť optimální parametry se mohou lišit mezi různými výrobci filamentu a konkrétními tiskovými úlohami. S vhodným nastavením a post-processingem lze s PLA dosáhnout výsledků srovnatelných s průmyslově vyráběnými produkty.
PLA představuje perfektní vstupní bod do světa 3D tisku a zároveň nabízí dostatečnou všestrannost i pro pokročilé uživatele a profesionály. Jako materiál, který kombinuje praktické vlastnosti s ekologickým přístupem, zůstává PLA i po letech jedním z nejoblíbenějších materiálů v komunitě 3D tisku.