แม้ว่าพลาสติก PLA (Polylactic Acid) จะเป็นวัสดุยอดนิยมสำหรับการพิมพ์ 3 มิติแบบ FDM เนื่องจากผลิตจากแหล่งทรัพยากรหมุนเวียนและใช้งานง่าย แต่แท้จริงแล้วโพลิเมอร์ PLA บริสุทธิ์มีความเปราะมากในตัวมันเอง เส้นใยที่วางจำหน่ายในท้องตลาดปัจจุบันจึงต้องผ่านการวิศวกรรมผสมสารเติมแต่ง (Additives) และพลาสติไซเซอร์ (Plasticizers) เช่น PEG หรือโพลิเมอร์ชนิดอื่นเพื่อเพิ่มความยืดหยุ่น
อย่างไรก็ตาม การเสื่อมสภาพของ PLA จนทำให้เส้นใยเปราะหักง่าย เกิดจากปัจจัยหลักสองประการ ประการแรกคือ “ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส” (Hydrolysis) จากการสัมผัสความชื้นในอากาศ ซึ่งจะเข้าไปตัดโซ่โพลิเมอร์ให้สั้นลงเรื่อยๆ ประการที่สองคือ “การเปลี่ยนโครงสร้างสถานะผลึก” (Crystallization) โดยธรรมชาติพลาสติก PLA จะพยายามปรับตัวเข้าสู่สถานะผลึกซึ่งเป็นสถานะที่เสถียรที่สุด แต่สถานะนี้กลับทำให้โมเลกุลมีความแข็งเกร็งและเปราะหักง่ายที่สุด นอกจากนี้ สารเติมแต่งเพื่อเพิ่มความยืดหยุ่นที่ผสมอยู่ก็อาจเสื่อมสภาพหรือระเหยออกไปตามกาลเวลา
งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Polymers ชี้ให้เห็นว่า ตัวอย่างเส้นใย PLA ที่เก็บไว้ในถุงซิปล็อคทั่วไปเป็นเวลา 3 ปี เกิดการเสื่อมสภาพอย่างรุนแรงจากความชื้นและการตกผลึกเพิ่มขึ้น ขณะที่ตัวอย่างที่เก็บในถุงซีลสูญญากาศแทบไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้าง ซึ่งเป็นการพิสูจน์ว่ากระบวนการป้องกันอากาศและความชื้นมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง
สำหรับวิธีการกู้คืนเส้นใยที่เปราะ การนำไปอบในเครื่องอบเส้นใย (Filament Dryer) ที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Glass Transition Temperature หรือ Tg) ของ PLA ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 65 องศาเซลเซียส อาจช่วยปรับโครงสร้างกึ่งผลึกและไล่ความชื้นได้บ้าง แต่หากโมเลกุลภายในถูกตัดขาดจากไฮโดรไลซิสไปมากแล้ว เส้นใยนั้นก็จะไม่สามารถกู้กลับคืนมาได้ วิธีที่ดีที่สุดในการยืดอายุการใช้งานคือการจัดเก็บเส้นใยในถุงสูญญากาศพร้อมสารกันชื้นทันทีหลังพิมพ์เสร็จ
🏷️ หมวดหมู่: 3d Printer hacks, Hackaday Columns, Science, FDM, polylactic acid
🔗 อ่านบทความฉบับเต็ม: hackaday
