O que é PHA e será que ele é o material mais sustentável para impressão 3D?
Existe mesmo um filamento verdadeiramente sustentável, que se biodegrade no fim da vida útil sem deixar nada para trás? Venho imprimindo com um que chega muito perto disso: o PHA.
Publicado em 27 de setembro de 20268 min de leitura
Nesta página
- Por que a impressão 3D precisa de um filamento realmente sustentável?
- O PLA é biodegradável?
- O que é PHA?
- Como é feito o PHA?
- Onde o PHA se biodegrada e quanto tempo leva?
- Como é imprimir em 3D com PHA?
- Qual é a resistência do PHA, inclusive ao calor?
- PHA vs. PLA: qual é melhor para impressão 3D?
- O PHA é o material de impressão 3D mais sustentável?
- Baixe esta cúpula e imprima você mesmo
- Perguntas frequentes sobre filamento PHA
O que é PHA e será que ele é o material mais sustentável para impressão 3D?
Por que a impressão 3D precisa de um filamento realmente sustentável?
Porque a impressão 3D gera mais resíduos do que a maioria das pessoas imagina, e reciclá-los é difícil para quem imprime em pequena escala.
Acredito que esse tipo de material é incrivelmente importante para a comunidade de impressão 3D. Um dos motivos é que muitas vezes precisamos de suportes para imprimir objetos complexos, e todo esse material acaba no lixo, junto com brims, impressões de teste e impressões que falharam.
Muita gente está explorando a reciclagem: triturar impressões antigas e extrudar filamento novo. Mas esse processo é cheio de desafios e não é tão simples quanto parece. Mesmo quando funciona, exige um investimento que pode fazer sentido para um estúdio grande. Para um pequeno criador com uma única impressora, muitas vezes não compensa.
Por isso me interesso tanto pelo PHA. Ele é 100% de origem biológica e biodegradável em quase qualquer ambiente natural. Mas, antes de nos aprofundarmos, vamos dar uma olhada no material mais popular da nossa comunidade: o PLA.
O PLA é biodegradável?
Apenas em compostagem industrial.
O PLA precisa do calor de uma usina de compostagem industrial, cerca de 50–65 °C, para se decompor em questão de semanas. No solo, o mesmo processo pode levar anos, e estudos em água do mar encontraram pouca ou nenhuma degradação (Catarci Carteny & Blust, 2021).
Embora o PLA seja de origem biológica, ele só é realmente biodegradável em usinas de compostagem industrial. Na natureza, não há muitas pesquisas que comprovem que ele se decompõe rápido; o mais provável é que permaneça no meio ambiente por um tempo muito longo. E, de qualquer forma, muitas regiões não têm sistemas de coleta nem infraestrutura de compostagem para lidar com ele.
Ser de origem biológica diz de onde vem um material. Ser biodegradável diz para onde ele pode ir no fim da vida útil. O PLA é uma coisa, mas só em parte a outra.
O que é PHA?
PHA é a sigla de poli-hidroxialcanoato, uma família de polímeros naturais produzidos por microrganismos.
Ao contrário dos plásticos tradicionais, feitos a partir de combustíveis fósseis, o PHA é produzido por meio de um processo natural de fermentação.
Acho que o PHA é um material muito melhor que o PLA, tanto em características quanto em sustentabilidade. Para entender por quê, vale a pena ver como ele é feito.
Como é feito o PHA?
É feito por bactérias.
Os produtores alimentam microrganismos, como bactérias, com açúcares e óleos naturais, e as bactérias armazenam o PHA dentro das células como reserva de energia. É quase como uma “gordura de bactéria”, como diz a colorFabb. Depois, esse PHA é extraído e transformado em pellets e filamento.
Por ser 100% natural, o PHA é um material verdadeiramente circular:
- As plantas fornecem os açúcares e os óleos.
- As bactérias os transformam em PHA e o armazenam nas células.
- O PHA é extraído e transformado em filamento.
- Imprimimos um produto e o usamos.
- No fim da vida útil, microrganismos voltam a comer o PHA e o decompõem em CO₂ e água.
- As plantas absorvem esse CO₂, e o ciclo recomeça.
Onde o PHA se biodegrada e quanto tempo leva?
O PHA se biodegrada no solo, em água doce e no mar.
Quando você termina de usar um produto, microrganismos podem comê-lo de novo, decompondo-o em CO₂, água e biomassa. Segundo a colorFabb, no caso do allPHA, isso acontece sem deixar microplásticos para trás.
Mas isso não acontece da noite para o dia. A velocidade depende da espessura da peça, da temperatura, da umidade e da atividade microbiana. Um metaestudo de pesquisas marinhas estimou que uma garrafa de água de PHA leva de 1,5 a 3,5 anos para se biodegradar totalmente no mar (Dilkes-Hoffman et al., 2019). A água fria desacelera o processo: em um teste de seis meses em um mar temperado simulado, filmes de PHA mostraram apenas um desgaste inicial (Catarci Carteny & Blust, 2021).
Para mim, essa é a verdadeira vantagem: se uma peça de PHA for parar na natureza, ela pode de fato voltar à natureza. Isso não é desculpa para jogar impressões fora, mas o pior cenário é muito melhor que o do PLA.
Como é imprimir em 3D com PHA?
É mais difícil que imprimir PLA, mas bem viável depois que você conhece as regras do material.
Imprimi esta cúpula em 3D com o allPHA da colorFabb. O processo de impressão não é tão fácil quanto com PLA. O material é propenso a empenamento (warping) durante a impressão, então é preciso usar brim e cola para ter uma boa adesão à mesa.
Outra grande diferença é que não é preciso mesa aquecida. Configurei a mesa para 0 °C, o que simplesmente significa que o aquecimento fica desligado. Parece estranho, mas é disso que o PHA precisa: uma placa aquecida provoca cristalização nas primeiras camadas, e isso leva ao empenamento. De quebra, a mesa fria economiza energia em cada impressão.
Além disso, a velocidade de impressão é bem menor que com PLA. Para compensar essa velocidade mais baixa, usei um bico de 0,8 mm nesta cúpula. Um bico mais largo deposita mais material a cada passada, então a impressão termina antes, mesmo em baixa velocidade.
Configurações de impressão recomendadas para PHA
| Configuração | Ponto de partida | Observações |
|---|---|---|
| Temperatura do bico | 190–200 °C | Comece no meio da faixa e ajuste conforme o seu hotend |
| Temperatura da mesa | Fria, aquecimento desligado | Mesa aquecida provoca cristalização e empena as primeiras camadas |
| Adesão à mesa | Adesivo (spray 3DLac ou cola para madeira diluída) e brim | A colorFabb usa cerca de 20 linhas de brim para os cantos não levantarem |
| Ventoinha de resfriamento da peça | 100%, a partir da camada 2 ou 3 | Resfriar rápido mantém a cristalização sob controle |
| Velocidade de impressão | 40–80 mm/s | Bem mais lenta que com PLA; um bico de 0,8 mm ajuda a recuperar o tempo |
| Retração | Um pouco menor que com PLA | Pequenas falhas na parede externa indicam retração alta demais |
| Secagem | Não é necessária | O PHA não absorve muita umidade |
Temperatura do bico
- Ponto de partida
- 190–200 °C
- Observações
- Comece no meio da faixa e ajuste conforme o seu hotend
Temperatura da mesa
- Ponto de partida
- Fria, aquecimento desligado
- Observações
- Mesa aquecida provoca cristalização e empena as primeiras camadas
Adesão à mesa
- Ponto de partida
- Adesivo (spray 3DLac ou cola para madeira diluída) e brim
- Observações
- A colorFabb usa cerca de 20 linhas de brim para os cantos não levantarem
Ventoinha de resfriamento da peça
- Ponto de partida
- 100%, a partir da camada 2 ou 3
- Observações
- Resfriar rápido mantém a cristalização sob controle
Velocidade de impressão
- Ponto de partida
- 40–80 mm/s
- Observações
- Bem mais lenta que com PLA; um bico de 0,8 mm ajuda a recuperar o tempo
Retração
- Ponto de partida
- Um pouco menor que com PLA
- Observações
- Pequenas falhas na parede externa indicam retração alta demais
Secagem
- Ponto de partida
- Não é necessária
- Observações
- O PHA não absorve muita umidade
Pontos de partida tirados das configurações de impressão do allPHA e da ficha técnica da colorFabb. Faça o ajuste fino para a sua impressora.
Qual é a resistência do PHA, inclusive ao calor?
É muito resistente e se mantém estável acima de 120 °C.
Embora o processo seja um pouco difícil, acho que esse material tem um grande potencial. Ele é muito resistente e suporta temperaturas acima de 120 °C sem se deformar. A ficha técnica da colorFabb indica uma temperatura de deflexão térmica (HDT) de 153 °C para o allPHA, e a empresa relata uma excelente adesão entre camadas.
Para luminárias, isso faz muita diferença. O PLA começa a amolecer por volta de 44–60 °C, então o PHA dá muito mais margem perto de uma fonte de luz. Seja qual for o filamento, use uma lâmpada LED: ela esquenta muito menos que uma halógena ou incandescente.
PHA vs. PLA: qual é melhor para impressão 3D?
O PLA é mais fácil e rápido de imprimir. O PHA é a opção mais sustentável e aguenta calor muito melhor.
| Propriedade | PHA (colorFabb allPHA) | PLA |
|---|---|---|
| Matéria-prima | Açúcares e óleos fermentados por bactérias; 100% de origem biológica | Açúcares vegetais fermentados, como os do milho; de origem biológica |
| Onde se biodegrada | Solo, água doce e mar | Só em compostagem industrial, a cerca de 50–65 °C |
| Tempo de biodegradação | De meses a alguns anos; cerca de 1,5–3,5 anos para uma garrafa no mar | Semanas em compostagem industrial; anos ou mais na natureza |
| Resistência ao calor | Estável acima de 120 °C (HDT 153 °C) | Amolece a cerca de 44–60 °C |
| Mesa de impressão | Fria, aquecimento desligado | Aquecida |
| Velocidade de impressão | 40–80 mm/s | Muito mais rápida em impressoras modernas |
| Facilidade de impressão | Mais difícil: empena, precisa de cola e brim | Fácil e tolerante a erros |
Matéria-prima
- PHA (colorFabb allPHA)
- Açúcares e óleos fermentados por bactérias; 100% de origem biológica
- PLA
- Açúcares vegetais fermentados, como os do milho; de origem biológica
Onde se biodegrada
- PHA (colorFabb allPHA)
- Solo, água doce e mar
- PLA
- Só em compostagem industrial, a cerca de 50–65 °C
Tempo de biodegradação
- PHA (colorFabb allPHA)
- De meses a alguns anos; cerca de 1,5–3,5 anos para uma garrafa no mar
- PLA
- Semanas em compostagem industrial; anos ou mais na natureza
Resistência ao calor
- PHA (colorFabb allPHA)
- Estável acima de 120 °C (HDT 153 °C)
- PLA
- Amolece a cerca de 44–60 °C
Mesa de impressão
- PHA (colorFabb allPHA)
- Fria, aquecimento desligado
- PLA
- Aquecida
Velocidade de impressão
- PHA (colorFabb allPHA)
- 40–80 mm/s
- PLA
- Muito mais rápida em impressoras modernas
Facilidade de impressão
- PHA (colorFabb allPHA)
- Mais difícil: empena, precisa de cola e brim
- PLA
- Fácil e tolerante a erros
O PHA é o material de impressão 3D mais sustentável?
De todos os filamentos com que já trabalhei, o PHA é o que mais se aproxima de um filamento realmente sustentável.
Ele é 100% de origem biológica e, ao contrário do PLA, pode se decompor no solo, em água doce e no mar.
As desvantagens são reais. Ele é mais lento e mais chato de imprimir, e custa mais para produzir do que o PLA (Catarci Carteny & Blust, 2021). Mas, para uma peça como uma luminária, que você imprime uma vez e guarda por anos, acho que vale a pena.
Baixe esta cúpula e imprima você mesmo
Se você quiser imprimir esta luminária em 3D, pode encontrar os arquivos em e-leora.com. Todos os designs da biblioteca Leora vêm nos formatos STL, OBJ e 3MF, com projetos 3MF prontos para o Bambu Studio e o OrcaSlicer e instruções de impressão detalhadas para cada modelo. Também há a opção de licença comercial, para você imprimir e vender as luminárias que fizer (ver licenças).
Quero saber o que você acha do PHA e o que mais gostaria de aprender sobre o processo de impressão 3D! Deixe um comentário no vídeo ou envie uma mensagem para nós.
Perguntas frequentes sobre filamento PHA
O que significa PHA?
PHA é a sigla de poli-hidroxialcanoato, uma família de polímeros naturais. Bactérias produzem PHA a partir de açúcares e óleos e o armazenam dentro das células como reserva de energia, bem parecida com a gordura.
O filamento PHA é mesmo biodegradável?
Sim. O PHA se biodegrada no solo, em água doce e na água do mar, onde microrganismos o decompõem em CO₂, água e biomassa. A velocidade depende da espessura da peça, da temperatura, da umidade e dos micróbios, e vai de meses a alguns anos.
O PLA é biodegradável?
Só em usinas de compostagem industrial, a cerca de 50–65 °C. No solo, o PLA pode levar anos para se decompor, e estudos em água do mar encontraram pouca ou nenhuma degradação.
O PHA é mais difícil de imprimir que o PLA?
Sim. O PHA tende a empenar, então precisa de mesa fria, cola, brim, ventoinha de resfriamento no máximo e velocidades menores, em torno de 40–80 mm/s. Um bico maior, como o de 0,8 mm, ajuda a compensar a velocidade mais baixa.
O filamento PHA precisa de mesa aquecida?
Não. Imprima o PHA com a mesa fria e o aquecimento desligado, o que equivale a 0 °C na maioria dos fatiadores. Uma mesa aquecida provoca cristalização nas primeiras camadas, o que causa empenamento.
Qual é a resistência ao calor do filamento PHA?
O allPHA da colorFabb permanece estável acima de 120 °C e tem temperatura de deflexão térmica de 153 °C. O PLA começa a amolecer por volta de 44–60 °C.
Preciso secar o filamento PHA antes de imprimir?
Segundo a colorFabb, não. O PHA não absorve muita umidade, então não é necessário secar o allPHA antes de imprimir.
Posso vender luminárias que eu imprimir com arquivos da Leora?
Sim, com a licença comercial da Leora, que cobre a impressão e a venda de luminárias no mundo todo. A licença pessoal cobre impressões para a sua casa, o seu estúdio ou para presentear.
Fontes
- colorFabb, allPHA technical data sheet (v1.0, 2022)
- colorFabb Help Center, What other print settings are key to printing allPHA?
- colorFabb Help Center, Is allPHA resistant to high temperatures?
- colorFabb Help Center, Do I need to dry allPHA before printing?
- colorFabb, allPHA Natural product page
- Dilkes-Hoffman, L. S., et al. (2019). The rate of biodegradation of PHA bioplastics in the marine environment: A meta-study. Marine Pollution Bulletin, 142, 15–24.
- Catarci Carteny, C., & Blust, R. (2021). Not Only Diamonds Are Forever: Degradation of Plastic Films in a Simulated Marine Environment. Frontiers in Environmental Science, 9.
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