Plástico PLA – Todo sobre el material más usado en la impresión 3D

El filamento PLA (ácido poliláctico) es uno de los materiales más usados en la impresión 3D, gracias a su versatilidad y sus propiedades.

En la historia de los plásticos, el PLA es uno de los primeros. Fue inventado en 1938 por el químico de DuPont Wallace Carothers (que, casualmente, también inventó el nylon), pero tardó bastante en convertirse en un material habitual. En los años 50, las grandes empresas de materiales para productos de fabricación empezaron a investigar más a fondo sobre él y, en los años 90, ya estaba en el mercado comercialmente.

Cuando surgieron las impresoras 3D a finales de los años 2000, el PLA fue uno de los primeros materiales utilizados y, hoy en día, representa más del 30% de los plásticos utilizados en la impresión 3D, reconocido ampliamente por ser un bioplástico.

¿Qué es el material PLA?

El PLA es un material plástico a base de vegetales. Comúnmente, utiliza almidón de maíz como materia prima, aunque también se fabrica a partir de raíces de tapioca o caña de azúcar. Este material es un poliéster alifático termoplástico y una materia prima natural.

¿Qué significan las siglas “PLA”?

El término PLA proviene del nombre en inglés Polylactic acid (ácido poliláctico), también llamado Polylactide.

Propiedades del PLA

• Densidad: 1,24 g/cm3
• Temperatura de deformación: 52°C
• Resistencia a tracción: 3309 MPa
• Límite elástico: 55 MPa
• Resistencia la compresión: 66 MPa
• Resistencia a la flexión: 80 MPa
• Resistencia a la humedad: muy baja
• Elongación: 3%

¿De qué está hecho el PLA?

El plástico PLA está hecho de unidades de ácido láctico, un ácido orgánico con un papel fundamental en nuestra vida cotidiana. Este compuesto se encuentra en situaciones comunes, como el dolor muscular después del ejercicio intenso o el sabor agrio de la leche. El ácido láctico se obtiene a partir de fuentes que contienen glucosa, siendo el maíz una de las favoritas en la industria.

¿Cómo se fabrica el PLA?

El proceso de fabricación del plástico PLA comienza con la extracción de almidón (glucosa) de plantas, que se convierte en dextrosa mediante enzimas. Luego, microorganismos lo fermentan para crear ácido láctico, que a su vez se convierte en polilactida, un polímero sintético. La polimerización da lugar a cadenas moleculares con propiedades similares a los polímeros a base de petróleo.

El PLA puro se produce a partir de materias primas renovables y no depende de combustibles fósiles, lo que lo convierte en un bioplástico y una opción altamente ecológica y positiva.

Sin embargo, existe también el PLA+, el cual se fabrica al agregar cantidades significativas de una amplia gama de aditivos, de acuerdo al objetivo final, entre los que se incluyen fibra de carbono para la estabilidad del modelo, rigidez y mayor resistencia a la tracción (UTS); fibra de madera para un efecto cosmético; grafeno para la rigidez y mayor resistencia a la tracción; o partículas metálicas para un efecto cosmético.

El PLA como material sustentable

La biodegradabilidad se refiere a la capacidad de un material de descomponerse después de interactuar con elementos biológicos. Si bien el PLA es biodegradable, lo hace muy lentamente. Los analistas estiman que una botella de PLA podría tardar hasta 1.000 años en descomponerse en un vertedero. Incluso NatureWorks, el mayor productor mundial de PLA, ha aceptado abiertamente que sus productos no se descompondrían por completo en los vertederos.

Investigaciones posteriores realizadas por nova-Institut GmbH demuestran que el PLA solo es biodegradable en condiciones de compostaje industrial o anaeróbico. No existen pruebas que demuestren la biodegradabilidad del PLA en el suelo, el compost doméstico ni en los vertederos.

¿Es el PLA bueno o malo para el medioambiente?

La visión sobre si la biodegradación lenta del PLA compostable es positiva o negativa depende de su uso. Desde una perspectiva sostenible, es ideal, especialmente en aplicaciones donde se espera que los objetos desaparezcan con el tiempo, como en cirugías óseas.

¿El PLA en impresiones 3D puede degradarse?

Bajo condiciones ambientales, el PLA puede perdurar por muchos años. La luz del sol (sin calor) no acelera la biodegradación y la luz UV solo hace que el material pierda su color y se ponga pálido, el mismo efecto que tiene este tipo de luz en la mayoría de los plásticos.

En la mayoría de los casos, las impresiones 3D con filamento PLA están diseñadas para durar. Aunque este plástico se biodegrada lentamente, esto solo ocurre en condiciones específicas no comunes en entornos cotidianos. Evitar estas condiciones y mantener las impresiones en lugares frescos y secos es esencial para preservar su integridad a lo largo del tiempo.

Usos del PLA

Creado mediante moldeo por inyección, fundición o hilado, el PLA se utiliza como material de embalaje descomponible, película o para vasos y bolsas. Se utiliza para bolsas de compost, envases de alimentos, vajillas desechables y envases de relleno suelto. Como fibra o tela no tejida, se utiliza para tapicería, ropa desechable, productos de higiene femenina y pañales.

El PLA también se utiliza ampliamente como materia prima para la impresión 3D, específicamente en la impresión FDM. En base a información publicada por Statista, es el material más utilizado a nivel mundial para la impresión 3D, con 33% de participación en el mercado, esto se debe a que se puede lijar, pintar o posprocesar fácilmente. Además, se trata de un plástico muy fácil de usar que funciona con bajas temperaturas de extrusión y no necesita una cama caliente, una cámara de impresión o una boquilla reforzada.

Debido a que el PLA puede degradarse en ácido láctico, se puede utilizar para implantes médicos como anclajes, tornillos, placas, clavijas, varillas o como malla. Se descompone entre 6 meses y 2 años, según el tipo exacto de material utilizado. Esto significa que estos productos pueden transferir gradualmente una carga desde una estructura de soporte de PLA al cuerpo a medida que se cura.

Ventajas del PLA en la impresión 3D

El PLA destaca por su capacidad de biodegradarse, en contraste con los plásticos derivados del petróleo, que pueden tardar siglos en descomponerse por completo. Pero las ventajas no se limitan a esto; existen muchas más:

• Está hecho de materias primas renovables.
• Tiene una huella de carbono reducida en comparación con los plásticos a base de fósiles, pues los cultivos absorben CO2 cuando crecen y se necesita menos energía para su producción. Es decir, se producen menos gases de efecto invernadero al producir PLA que al producir plástico a base de fósiles.
• Se derrite muy fácilmente, porque tiene un punto de fusión más bajo que muchos plásticos a base de fósiles. Es fácil trabajar con este material y requiere menos energía para transformarse.
• No libera humos ni malos olores.
• Cuando se incinera, emite menos humos tóxicos que los plásticos a base de aceite.

Desventajas del PLA en la impresión 3D

A pesar de sus numerosas ventajas, el PLA tiene algunas limitaciones:

• Baja resistencia al calor: las impresiones pueden deformarse y degradarse a altas temperaturas, como en el interior de un coche caliente.
• Resistencia comparativamente baja: no es tan fuerte como otros materiales y no soporta bien los impactos o las fuerzas de aplastamiento.
• Procesamiento a máquina: la presencia de capas de relleno puede complicar el procesamiento a máquina, haciéndolo menos adecuado para determinadas aplicaciones.

El PLA y los alimentos

Un equipo de expertos de la Universidad James Madison (JMU) se embarcó en una misión para probar el PLA en diversas condiciones y evaluar qué tan seguro era. Probaron a diferentes temperaturas y duraciones y utilizando ingredientes comunes que se encuentran en los alimentos.

La conclusión general fue que “el PLA se reconoce generalmente como seguro (GRAS) cuando se usa en contacto con alimentos“. Sin embargo, a pesar de los hallazgos de su investigación, los expertos de la JMU advierten sobre los peligros de este plástico, pues los productos impresos en este material suelen tener pequeños agujeros y grietas que pueden albergar gérmenes y bacterias dañinos. Por lo que los expertos concluyeron más específicamente que el PLA es seguro solo cuando se usa una vez con alimentos o para cosas simples como el agua. Sin embargo, el uso repetitivo puede causar problemas de salud.

¿El PLA es tóxico?

No, el PLA no es tóxico. De hecho, el ácido poliláctico es biodegradable, como ya hemos mencionado antes. Sin embargo, como la mayoría de los plásticos, tiene el potencial de ser tóxico si se inhala y/o se absorbe en la piel o los ojos en forma de vapor o líquido (es decir, durante los procesos de fabricación).

Consideraciones al comprar filamento PLA para imprimir en 3D

Al comprar filamento PLA, ten en cuenta los siguientes factores para garantizar impresiones de alta calidad y una experiencia de impresión fluida:

1. Calidad del filamento: elige entre las mejores marcas de PLA, ya que estas cuentan con calidad de impresión garantizada, confiabilidad y buena experiencia general del usuario.
2. Consistencia del diámetro: comprueba que el diámetro sea uniforme (1,75 mm o 2,85 mm, lo ideal es una tolerancia de ±0,03 mm).
3. Impurezas y aditivos: evita los filamentos baratos que pueden contener un exceso de rellenos o contaminantes.
4. Resistencia y durabilidad: si necesitas una mayor resistencia, considera PLA+ o PLA mezclados.
5. Rango de temperatura de impresión: La mayoría de los PLA se imprimen a 190-220 °C, pero algunas variaciones especiales pueden requerir temperaturas más altas. Consulta las recomendaciones del fabricante para que coincidan con el hotend de tu impresora 3D.
6. Tamaño y peso del carrete: asegúrate de que se ajuste a tu impresora 3D (tamaños comunes: 500 g, 1 kg, 3 kg).
7. Sensibilidad a la humedad: el PLA absorbe la humedad; compra carretes sellados al vacío y guárdalos en una caja seca.

Alternativas al PLA

Al considerar los materiales para la impresión 3D, el PLA suele ser la opción preferida debido a su facilidad de uso y biodegradabilidad. Sin embargo, diferentes alternativas de materiales de impresión 3D ofrecen mayor durabilidad, flexibilidad o resistencia al calor, lo que las hace más adecuadas para aplicaciones específicas. Comprender estas opciones puede ayudarte a seleccionar el filamento adecuado para tus necesidades.

Para impresiones más resistentes y resistentes al calor, el ABS y el PETG son opciones comunes.

Si requieres flexibilidad, el TPU y filamentos flexibles similares son excelentes alternativas.

Para aplicaciones de alta resistencia, los filamentos de nylon y compuestos brindan una durabilidad y resistencia al impacto excepcionales.

Cada material tiene sus ventajas únicas, por lo que es esencial elegir en función de los requisitos específicos de tu proyecto.