¿Qué es el PHA y podría ser el material más sostenible para la impresión 3D?

Creo que este tipo de material es increíblemente importante para la comunidad de la impresión 3D. Una de las razones es que a menudo necesitamos soportes para imprimir objetos complejos, y todo ese material termina en la basura, junto con los brims, las impresiones de prueba y las impresiones fallidas.

Mucha gente está explorando el reciclaje: triturar impresiones viejas y extruir filamento nuevo. Pero ese proceso está lleno de dificultades y no es tan sencillo como parece. Incluso cuando funciona, requiere una inversión que puede tener sentido para un estudio grande. Para un pequeño creador con una sola impresora, muchas veces no es rentable.

Por eso me interesa tanto el PHA. Es 100% de origen biológico y biodegradable en casi cualquier entorno natural. Pero antes de profundizar, veamos el material más popular de nuestra comunidad: el PLA.

El PLA necesita el calor de una planta de compostaje industrial, de unos 50–65 °C, para descomponerse en cuestión de semanas. En el suelo, el mismo proceso puede tardar años, y los estudios en agua de mar han encontrado una degradación escasa o nula (Catarci Carteny & Blust, 2021).

Aunque el PLA es de origen biológico, solo es realmente biodegradable en plantas de compostaje industrial. En la naturaleza no hay mucha investigación que demuestre que se descompone rápido; lo más probable es que permanezca en el medio ambiente durante muchísimo tiempo. Y, de todos modos, muchas regiones no tienen sistemas de recolección ni infraestructura de compostaje para tratarlo.

Que un material sea de origen biológico te dice de dónde viene. Que sea biodegradable te dice adónde puede ir al final de su vida útil. El PLA es lo primero, pero solo en parte lo segundo.

A diferencia de los plásticos tradicionales, fabricados a partir de combustibles fósiles, el PHA se obtiene mediante un proceso natural de fermentación.

Creo que el PHA es un material muy superior al PLA, tanto por sus características como por su sostenibilidad. Para entender por qué, conviene ver cómo se fabrica.

Los productores alimentan a microorganismos, como bacterias, con azúcares y aceites naturales, y las bacterias almacenan el PHA dentro de sus células como reserva de energía. Es casi como una «grasa bacteriana», en palabras de colorFabb. Después, ese PHA se extrae y se procesa para convertirlo en pellets y filamento.

Como es 100% natural, el PHA es un material verdaderamente circular:

1. 1Las plantas aportan los azúcares y los aceites.
2. 2Las bacterias los convierten en PHA y lo almacenan en sus células.
3. 3El PHA se extrae y se convierte en filamento.
4. 4Imprimimos un producto y lo usamos.
5. 5Al final de su vida útil, los microorganismos vuelven a comerse el PHA y lo descomponen en CO₂ y agua.
6. 6Las plantas absorben ese CO₂ y el ciclo vuelve a empezar.

Cuando terminas de usar un producto, los microorganismos pueden volver a comérselo y descomponerlo en CO₂, agua y biomasa. Según colorFabb, en el caso del allPHA esto ocurre sin dejar microplásticos.

Eso sí, no ocurre de la noche a la mañana. La velocidad depende del grosor de la pieza, la temperatura, la humedad y la actividad microbiana. Un metaestudio de investigaciones marinas estimó que una botella de agua de PHA tarda entre 1,5 y 3,5 años en biodegradarse por completo en el mar (Dilkes-Hoffman et al., 2019). El agua fría lo ralentiza: en una prueba de seis meses en un mar templado simulado, las películas de PHA solo mostraron un desgaste incipiente (Catarci Carteny & Blust, 2021).

Para mí, esa es la verdadera ventaja: si una pieza de PHA termina en la naturaleza, realmente puede volver a ella. Eso no es excusa para tirar impresiones a la basura, pero su peor escenario es mucho mejor que el del PLA.

Imprimí en 3D esta pantalla de lámpara con allPHA de colorFabb. El proceso de impresión no es tan fácil como con PLA. El material es propenso al warping (deformación) durante la impresión, así que hace falta usar brim y pegamento para que se adhiera bien a la cama.

Otra gran diferencia es que no hace falta cama caliente. Puse la cama a 0 °C, lo que simplemente significa que no se calienta. Suena raro, pero es lo que el PHA necesita: una placa caliente provoca la cristalización de las primeras capas, y eso produce warping. Y como ventaja extra, una cama fría ahorra energía en cada impresión.

Además, la velocidad de impresión es mucho menor que con PLA. Para compensarlo, usé una boquilla de 0,8 mm para esta pantalla. Una boquilla más ancha deposita más material en cada pasada, así que la impresión termina antes, incluso a baja velocidad.

Parámetros de impresión recomendados para PHA

• Temperatura de la boquilla

  Punto de partida

  190–200 °C

  Notas

  Empieza a mitad de rango y ajusta según tu hotend

• Temperatura de la cama

  Punto de partida

  Fría, sin calentar

  Notas

  Una cama caliente provoca cristalización y deforma las primeras capas

• Adherencia a la cama

  Punto de partida

  Adhesivo (3DLac en spray o pegamento para madera diluido) y brim

  Notas

  colorFabb usa unas 20 líneas de brim para que no se levanten las esquinas

• Ventilador de capa

  Punto de partida

  100%, desde la capa 2 o 3

  Notas

  Enfriar rápido mantiene a raya la cristalización

• Velocidad de impresión

  Punto de partida

  40–80 mm/s

  Notas

  Mucho más lenta que con PLA; una boquilla de 0,8 mm ayuda a recuperar tiempo

• Retracción

  Punto de partida

  Algo menor que con PLA

  Notas

  Si ves pequeños huecos en la pared exterior, la retracción es demasiado alta

• Secado

  Punto de partida

  No es necesario

  Notas

  El PHA no absorbe mucha humedad

Puntos de partida tomados de los parámetros de impresión de allPHA y de la ficha técnica de colorFabb. Afínalos para tu impresora.

Aunque el proceso es algo difícil, creo que este material tiene un gran potencial. Es muy tenaz y soporta temperaturas de más de 120 °C sin deformarse. La ficha técnica de colorFabb indica una temperatura de deflexión térmica (HDT) de 153 °C para el allPHA, y la empresa afirma que la adhesión entre capas es excelente.

En una lámpara, eso es clave. El PLA empieza a ablandarse a unos 44–60 °C, así que el PHA te da mucho más margen cerca de una fuente de luz. Imprimas con el material que imprimas, usa una bombilla LED: se calienta mucho menos que una halógena o una incandescente.

• Materia prima

  PHA (colorFabb allPHA)

  Azúcares y aceites fermentados por bacterias; 100% de origen biológico

  PLA

  Azúcares vegetales fermentados, como los del maíz; de origen biológico

• Dónde se biodegrada

  PHA (colorFabb allPHA)

  Suelo, agua dulce y mar

  PLA

  Solo en compostaje industrial, a unos 50–65 °C

• Tiempo de biodegradación

  PHA (colorFabb allPHA)

  De meses a pocos años; unos 1,5–3,5 años para una botella en el mar

  PLA

  Semanas en compostaje industrial; años o más en la naturaleza

• Resistencia al calor

  PHA (colorFabb allPHA)

  Estable por encima de 120 °C (HDT 153 °C)

  PLA

  Se ablanda a unos 44–60 °C

• Cama de impresión

  PHA (colorFabb allPHA)

  Fría, sin calentar

  PLA

  Caliente

• Velocidad de impresión

  PHA (colorFabb allPHA)

  40–80 mm/s

  PLA

  Mucho más rápida en impresoras modernas

• Facilidad de impresión

  PHA (colorFabb allPHA)

  Más difícil: tiende al warping y necesita pegamento y brim

  PLA

  Fácil y tolerante a errores

Es 100% de origen biológico y, a diferencia del PLA, puede descomponerse en el suelo, en agua dulce y en el mar.

Las desventajas son reales. Es más lento y más quisquilloso de imprimir, y su producción es más cara que la del PLA (Catarci Carteny & Blust, 2021). Pero para una pieza como una lámpara, que imprimes una vez y conservas durante años, creo que vale la pena.

Si quieres imprimir en 3D esta lámpara, puedes conseguir los archivos en e-leora.com. Todos los diseños de la biblioteca de Leora vienen en formato STL, OBJ y 3MF, con proyectos 3MF listos para Bambu Studio y OrcaSlicer, e instrucciones de impresión detalladas para cada modelo. También hay una opción de licencia comercial, para que puedas imprimir y vender las lámparas que hagas (ver licencias).

¡Cuéntame qué opinas del PHA y qué más te gustaría aprender sobre el proceso de impresión 3D! Deja un comentario en el video o envíanos un mensaje.