Matériaux d'impression 3D biodégradables: Guide pour la fabrication écologique

3L'impression D a transformé la fabrication en transformant les modèles de CAO complexes en pièces physiques rapidement et abordables. Mais la montée en puissance de cette technologie a également apporté un gros problème: La plupart des matériaux d'impression 3D sont des plastiques non biodégradables. Ces plastiques s'accumulent dans des décharges et nuisent à l'environnement s'il n'est pas éliminé correctement.

Heureusement, l'industrie se déplace vers Matériaux d'impression 3D biodégradables—Solutions qui vous permettent d'utiliser le pouvoir de l'impression 3D sans nuire à la planète. Dans ce guide, Nous décomposons les plus populaires, émergent, et matériaux biodégradables composites, leurs avantages et leurs inconvénients, Utilise du monde réel, Et comment ils changent de fabrication.

1. Le matériel d'impression 3D biodégradable le plus populaire: PLA

PLA (Acide polylactique) est l'épine dorsale de l'impression 3D écologique. C'est bon marché, facile à trouver, et fonctionne avec la plupart des imprimantes 3D grand public (en particulier les modèles FDM). Voyons de plus près pourquoi il est si largement utilisé.

Comment PLA est fabriqué

L'APL provient de renouvelable, Sources végétales. Cela commence par des glucides comme la canne à sucre, amidon de maïs, ou même les déchets de pommes de terre. Ces matériaux sont fermentés dans des conditions contrôlées pour fabriquer de l'acide lactique. Alors, L'acide lactique est transformé en PLA à travers deux processus:

• Condensation directe des monomères de lactate
• Polymérisation du lactide (un dérivé de l'acide lactique)

Cela signifie que PLA est 100% à base de plantes - pas de pétrole nécessaire.

Propriétés clés de l'APL

Les propriétés de PLA le rendent parfait pour de nombreux projets d'impression 3D. Voici comment il s'accumule contre les plastiques communs:

Utilisations réelles du PLA

PLA est partout parce qu'il est sûr et polyvalent. Voici quelques applications courantes:

• Emballage alimentaire: PLA est certifié FDA sûr pour le contact alimentaire. Les entreprises l'utilisent pour rendre des conteneurs jetables, tasses, et emballages. Par exemple, Une petite boulangerie à Portland utilise des conteneurs PLA imprimés en 3D pour leurs pâtisseries - ces conteneurs se décomposent dans le compost industriel en 6 à 12 mois.
• Dispositifs médicaux: Puisque PLA est non toxique, Il est utilisé pour des pièces médicales temporaires comme les points dissolubles, guides chirurgicaux, ou jets. Un hôpital européen a testé la PLA imprimée en 3D 2023; Les patients ont déclaré qu'ils étaient plus légers que les moulages traditionnels, et le PLA s'est dissous naturellement après la guérison de l'os.
• Biens de consommation: Les amateurs et les petites entreprises impriment PLA en jouets, décoration intérieure (comme des pots de plantes), Et même les fibres textiles pour les vêtements.

Pour les avantages et les inconvénients de l'APL

2. Le candidat émergent: Pha

Pha (Polyhydroxyalkanoate) est un matériau biodégradable plus récent qui attire l'attention - même s'il n'est pas encore largement disponible. Contrairement à PLA (à base de plantes), PHA est fabriqué par des bactéries, ce qui lui donne des avantages uniques.

Comment PHA est produit

PHA est un «plastique microbien». Voici le processus:

1. Bactéries spécifiques (comme Ralstonia Eutropha) sont cultivés dans un environnement riche en nutriments.
2. Les bactéries stockent l'énergie comme PHA à l'intérieur de leurs cellules (Semblable à la façon dont les humains stockent la graisse).
3. Le PHA est extrait des cellules bactériennes et transformé en poudre ou filament pour l'impression 3D.

Ce processus est plus complexe que la fabrication de PLA, c'est pourquoi PHA est toujours en développement.

Pourquoi Pha compte: Avantages clés

Le plus grand argument de vente de Pha est son Biodégradabilité rapide. Contrairement à PLA, qui a besoin de compostage industriel, PHA peut se décomposer en seulement 1 à 3 mois, même dans des tas de compost ou des environnements marins. Voici ses autres principaux avantages:

• Résistant aux UV: Pha ne se décompose pas au soleil, Donc c'est bon pour les projets de plein air (comme des jardinières de jardin).
• Résistant à l'humidité: Il repousse l'eau mieux que PLA, Le rendre utile pour des articles comme des étuis imperméables.
• Élasticité naturelle: PHA est plus flexible que PLA, Donc c'est idéal pour les pièces qui ont besoin de se pencher (comme des charnières ou des poignées de téléphone).

Limites actuelles de PHA

PHA n'est pas encore prêt pour une utilisation grand public. Voici pourquoi:

• Coût élevé: Puisqu'il est difficile à produire, PHA coûte 2 à 3 fois plus que PLA (Actuellement ~ (60- )80 par kg).
• Difficile à trouver: Très peu de marques vendent PHA Filament - la plupart sont toujours en test de laboratoire.
• Performance plus faible: Par rapport à PLA, PHA a moins de résistance et de résistance thermique inférieure (adoucire à ~ 50 ° C).

Exemple: PHA dans la recherche

Une équipe de l'Université de Californie, Davis, teste PHA pour les outils agricoles imprimés en 3D (Comme des planteurs de semences). Les outils doivent durer 1 à 2 saisons de croissance, puis se décomposer dans le sol. Les premiers tests montrent que PHA fonctionne - après 3 mois dans le sol, Les jardinières avaient décomposé par 70%.

3. Le nouveau venu: Flamme (Matériaux additifs de type champignon)

Flam est l'un des nouveaux matériaux biodégradables les plus excitants. Ce n'est pas du plastique - il est fabriqué à partir de deux des polymères naturels les plus abondants sur Terre: cellulose (des plantes) et chitine (des champignons, coquilles de crevettes, ou exosquelettes d'insectes).

Ce qui rend Flam unique

Flam change la donne car c'est:

• Super durable: La cellulose et la chitine sont partout - ils sont des déchets de l'agriculture, traitement des fruits de mer, et foresterie. Les utiliser pour FLAM transforme les déchets en un matériau précieux.
• Polyvalent: Contrairement à PLA ou PHA (qui sont principalement pour l'impression FDM), Flam fonctionne pour le travail du bois, fonderie, modélisation, et l'impression 3D. Ses propriétés mécaniques sont presque identiques à la mousse de polyuréthane - bien mais durable.
• Ultra-prix: Coûts de flambeaux 10 fois inférieur à l'ABS ou au PLA. Les chercheurs estiment qu'une fois qu'il est produit en masse, Cela pourrait coûter aussi peu que $2 par kg.

Défis actuels pour Flam

Flam est encore aux premiers stades. Voici ce qui le retient:

• Manque de recherche: Il n'y a qu'une poignée d'études sur les performances d'impression 3D de Flam. Les scientifiques trouvent toujours la meilleure façon de l'imprimer (Par exemple, température optimale, hauteur de couche).
• Processus d'impression complexe: Flam a une texture différente de celle des filaments en plastique - c'est plus comme une pâte. Cela signifie que les imprimantes 3D ont besoin de buses ou de modifications spéciales pour l'utiliser.
• Pas de disponibilité commerciale: Vous ne pouvez pas encore acheter Flam Filament. Il n'est utilisé que dans les laboratoires universitaires et les petits projets de démarrage.

Un cas de test prometteur

Dans 2024, Une startup néerlandaise appelée MyCoworks a testé Flam pour des meubles imprimés en 3D. Ils ont imprimé une petite chaise à l'aide de flambe, Et il a résisté à 150 kg de poids. Après test, La chaise était composée dans un jardin à domicile et entièrement tombée en panne dans 4 mois.

4. Composites biodégradables: Fixation des limites des matériaux uniques

Matériaux biodégradables uniques (comme PLA ou PHA) ont des défauts - le PLA est faible, PHA est cher, Flam n'est pas testé. C'est là que composites biodégradables Entrez. Ce sont des matériaux fabriqués en mélangeant deux ou plusieurs substances biodégradables pour combiner leurs forces et réparer leurs faiblesses.

Composites biodégradables populaires pour l'impression 3D

Voici les composites les plus prometteurs testés aujourd'hui:

Pourquoi les composites sont l'avenir

Les composites résolvent les plus gros problèmes de matériaux uniques. Par exemple:

• Le PLA pur ne peut pas gérer des températures élevées, Mais ajoutant 10% PHA le rend plus résistant à la chaleur.
• Le PLA rempli de bois est moins cher que le bois pur mais a le même look naturel - le grand pour les meubles ou les pièces décoratives.

Le seul inconvénient? La plupart des composites ne sont toujours pas largement disponibles. Seulement quelques marques (Comme Prusament et Esun) Vendre un PLA rempli de bois, et les algues-play sont toujours en laboratoire.

5. Soie recyclée: Une alternative écologique (Même s'il n'est pas biodégradable)

Bien qu'il ne soit pas techniquement biodégradable, soie recyclée (Fabriqué à partir de plastiques recyclés) est une autre option écologique pour l'impression 3D. Ce n'est pas nouveau, Mais il gagne du terrain car il empêche le plastique des décharges.

Comment fonctionne la soie recyclée

Les filaments de soie recyclés sont fabriqués à partir de déchets plastiques post-consommation - comme les vieilles bouteilles d'eau, sacs en plastique, ou même les restes d'impression 3D jetées. Le plastique est fondu, nettoyé, et extrudé dans des filaments.

Pourquoi c'est un bon choix

• Réduit les déchets: Chaque kg de soie recyclée garde ~ 10 bouteilles en plastique hors des décharges.
• Performances similaires à PLA: La soie recyclée a une résistance et une imprimabilité similaires à PLA, Il est donc facile à utiliser avec les imprimantes existantes.
• Abordable: Cela coûte à peu près la même chose que PLA (\(25- )35 par kg).

Cas d'utilisation

Une startup appelée Refil utilise du plastique recyclé à partir de nettoyages côtiers pour fabriquer des filaments d'impression 3D. Leur soie recyclée est utilisée pour imprimer des jouets de plage - donc le plastique qui, une fois pollué, est transformé en quelque chose d'utile.

La vision de la technologie Yigu sur les matériaux d'impression 3D biodégradables

À la technologie Yigu, Nous pensons que les matériaux d'impression 3D biodégradables sont l'avenir de la fabrication durable. L'APL est un excellent point de départ pour les consommateurs, Mais nous sommes enthousiasmés par le potentiel de PHA et Flam, en particulier pour un usage industriel. Nous investissons dans R&D pour rendre le PHA plus abordable et le flambant plus facile à imprimer, afin que les entreprises puissent passer à des matériaux respectueux de l'environnement sans sacrifier les performances. Nous considérons également les composites comme des clés: Notre équipe teste un nouveau PLA + composite de chanvre plus fort que PLA pur et 100% biodégradable. Pour l'instant, Nous recommandons PLA pour la plupart des utilisateurs, Mais nous encourageons à essayer de la soie recyclée ou du PLA rempli de bois pour réduire les déchets. Le but est clair: faire de l'impression 3D en vert pour tout le monde.

FAQ: Vos questions sur le matériel d'impression 3D biodégradable répondu

1. Puis-je composter PLA à la maison, ou ai-je besoin d'une installation de compost industrielle?

PLA uniquement biodégrades dans Installations de compost industrielles (qui ont des températures élevées - 55–70 ° C et beaucoup d'humidité). Si vous mettez PLA dans une pile de compost de maison, Il se décomposera très lentement (Plus de 2 à 3 ans) ou pas du tout. Pour composter correctement PLA, Vérifiez si votre gestion locale des déchets offre des services de compostage industriel.

2. PHA est-il meilleur que PLA pour les projets d'impression 3D en plein air?

Oui! PHA est résistant aux UV et peut se décomposer dans des environnements extérieurs (comme le sol ou la pluie), tandis que le PLA devient fragile au soleil et ne se biodégradera pas à l'extérieur. Pour les projets de plein air (comme les jardins de jardin ou les mangeoires d'oiseaux), PHA est un meilleur choix - gardez à l'esprit qu'il est plus cher et plus difficile à trouver.

3. Ai-je besoin d'une imprimante 3D spéciale pour utiliser des matériaux biodégradables comme Flam ou PHA?

La plupart des matériaux biodégradables (comme PLA, PLA rempli de bois, ou soie recyclée) travailler avec des imprimantes FDM standard. Cependant, PHA a besoin d'une température d'impression légèrement plus élevée (200–240 ° C) que PLA, Vous devrez donc peut-être ajuster les paramètres de votre imprimante. Flam est plus délicat - c'est un matériau en pâte, Vous aurez donc besoin d'une imprimante avec une buse plus grande (0.6mm ou plus) Et peut-être un lit chauffé pour éviter la déformation.