PHA nedir, 3D baskının en sürdürülebilir malzemesi olabilir mi?

Bu tür bir malzemenin 3D baskı topluluğu için son derece önemli olduğuna inanıyorum. Nedenlerden biri, karmaşık nesneleri basmak için çoğu zaman destek yapılarına ihtiyaç duymamız. Bu malzemenin tamamı da brimler, test baskıları ve başarısız baskılarla birlikte çöpe gidiyor.

Birçok kişi geri dönüşümün yollarını araştırıyor: eski baskıları öğütüp yeniden filament çekmek. Ancak bu süreç zorluklarla dolu ve kulağa geldiği kadar kolay değil. İşe yarasa bile, büyük bir atölye için sorun olmayabilecek bir yatırım gerektiriyor. Tek yazıcısı olan küçük bir üretici içinse çoğu zaman ekonomik değil.

İşte bu yüzden PHA’ya bu kadar ilgi duyuyorum. Bu malzeme %100 biyo bazlı ve neredeyse her doğal ortamda biyolojik olarak parçalanabiliyor. Ama daha derine inmeden önce, topluluğumuzun en popüler malzemesine bir bakalım: PLA.

PLA’nın haftalar içinde parçalanabilmesi için endüstriyel bir kompost tesisinin sağladığı yaklaşık 50–65 °C’lik ısıya ihtiyacı vardır. Toprakta aynı süreç yıllar sürebilir; deniz suyunda yapılan çalışmalarda ise ya çok az bozunma görülmüş ya da hiç görülmemiştir (Catarci Carteny & Blust, 2021).

PLA biyo bazlı olsa da gerçek anlamda yalnızca endüstriyel kompost tesislerinde biyolojik olarak parçalanabilir. Doğada hızla parçalandığını kanıtlayan pek araştırma yok; büyük olasılıkla çevrede çok uzun süre kalacaktır. Üstelik birçok bölgede onu işleyecek toplama sistemleri ya da kompost altyapısı zaten yok.

“Biyo bazlı”, bir malzemenin nereden geldiğini söyler. “Biyolojik olarak parçalanabilir” ise ömrünün sonunda nereye gidebileceğini gösterir. PLA ilkini karşılar ama ikincisini yalnızca kısmen.

Fosil yakıtlardan üretilen geleneksel plastiklerin aksine PHA, doğal bir fermantasyon süreciyle elde edilir.

Bence PHA, hem özellikleri hem de sürdürülebilirliği açısından PLA’dan çok daha iyi bir malzeme. Nedenini anlamak için nasıl üretildiğine bakmak işe yarar.

PHA üreticileri, bakteri gibi mikroorganizmaları doğal şekerler ve yağlarla besler; bakteriler de PHA’yı bir enerji rezervi olarak hücrelerinin içinde depolar. colorFabb’ın deyişiyle bu, neredeyse bir tür “bakteri yağı” gibi işler. Ardından bu PHA ayrıştırılarak granül ve filament haline getirilir.

%100 doğal olduğu için PHA gerçek anlamda döngüsel bir malzemedir:

1. 1Bitkiler şekerleri ve yağları sağlar.
2. 2Bakteriler bunları PHA’ya dönüştürür ve hücrelerinde depolar.
3. 3PHA ayrıştırılır ve filament haline getirilir.
4. 4Bir ürün basar ve kullanırız.
5. 5Ömrünün sonunda PHA’yı yine mikroorganizmalar yer ve onu CO₂ ve suya ayrıştırır.
6. 6Bitkiler bu CO₂’yi alır ve döngü yeniden başlar.

Bir ürünle işiniz bittiğinde mikroorganizmalar onu yeniden yiyerek CO₂, su ve biyokütleye ayrıştırabilir. colorFabb’a göre allPHA bunu geride mikroplastik bırakmadan yapar.

Yine de bu bir gecede olmaz. Sürecin hızı parçanın kalınlığına, sıcaklığa, neme ve mikrobiyal aktiviteye bağlıdır. Deniz araştırmalarını bir araya getiren bir meta-çalışma, PHA’dan yapılmış bir su şişesinin okyanusta tamamen biyolojik olarak parçalanmasının 1,5 ila 3,5 yıl sürdüğünü tahmin etmiştir (Dilkes-Hoffman et al., 2019). Soğuk su süreci yavaşlatır: ılıman bir denizi taklit eden koşullarda yapılan altı aylık bir testte PHA filmlerinde yalnızca ilk aşınma belirtileri görülmüştür (Catarci Carteny & Blust, 2021).

Bana göre asıl avantaj bu: bir PHA parçası doğada son bulursa gerçekten doğaya geri dönebilir. Bu, baskıları çöpe atmak için bir bahane değil ama en kötü senaryo, PLA’ya kıyasla çok daha iyi.

Bu abajuru colorFabb’ın allPHA filamentiyle bastım. Baskı süreci PLA kadar kolay değil. Malzeme baskı sırasında çarpılmaya (warping) karşı hassas; bu yüzden tablaya iyi yapışması için brim (kenar) ve yapıştırıcı kullanmak şart.

Bir diğer büyük fark da ısıtmalı tablaya gerek olmaması. Tabla sıcaklığını 0 °C’ye ayarladım; bu da basitçe ısıtıcının kapalı kalması demek. Kulağa garip geliyor ama PHA’nın ihtiyacı tam da bu: ısıtılmış bir tabla ilk katmanlarda kristalleşmeyi tetikler ve bu da çarpılmaya yol açar. Üstelik soğuk tabla her baskıda enerji tasarrufu sağlar.

Ayrıca baskı hızı PLA’ya göre çok daha düşük. Bu yavaşlığı telafi etmek için bu abajurda 0,8 mm nozul kullandım. Daha büyük çaplı bir nozul her geçişte daha fazla malzeme bırakır, böylece baskı düşük hızda bile daha erken biter.

Önerilen PHA baskı ayarları

• Nozul sıcaklığı

  Başlangıç değeri

  190–200 °C

  Notlar

  Aralığın ortasından başlayın ve hotendinize göre ayarlayın

• Tabla sıcaklığı

  Başlangıç değeri

  Soğuk, ısıtıcı kapalı

  Notlar

  Isıtmalı tabla kristalleşmeyi tetikler ve ilk katmanları çarpıtır

• Tablaya yapışma

  Başlangıç değeri

  Yapıştırıcı (3DLac sprey ya da seyreltilmiş ahşap tutkalı) ve brim

  Notlar

  colorFabb, köşelerin kalkmasını önlemek için yaklaşık 20 brim çizgisi kullanıyor

• Parça soğutma fanı

  Başlangıç değeri

  %100, 2. veya 3. katmandan itibaren

  Notlar

  Isıyı hızla uzaklaştırmak kristalleşmeyi kontrol altında tutar

• Baskı hızı

  Başlangıç değeri

  40–80 mm/s

  Notlar

  PLA’dan çok daha yavaş; 0,8 mm nozul kaybedilen zamanı telafi etmeye yardımcı olur

• Geri çekme (retraction)

  Başlangıç değeri

  PLA’ya göre biraz daha düşük

  Notlar

  Dış duvarda küçük boşluklar varsa geri çekme fazla yüksektir

• Kurutma

  Başlangıç değeri

  Gerekmez

  Notlar

  PHA fazla nem çekmez

Başlangıç değerleri colorFabb’ın allPHA baskı ayarlarından ve teknik veri sayfasından alınmıştır. Yazıcınıza göre ince ayar yapın.

Süreç biraz zor olsa da bu malzemenin büyük bir potansiyeli olduğunu düşünüyorum. Çok sağlam ve 120 °C’nin üzerindeki sıcaklıklara deforme olmadan dayanabiliyor. colorFabb’ın veri sayfası allPHA için 153 °C’lik bir ısıl deformasyon sıcaklığı (HDT) belirtiyor; firma ayrıca katmanlar arası yapışmanın mükemmel olduğunu bildiriyor.

Lambalar için bu çok önemli. PLA yaklaşık 44–60 °C’de yumuşamaya başladığından PHA, bir ışık kaynağının yakınında size çok daha fazla güvenlik payı bırakır. Hangi malzemeyle basarsanız basın, LED ampul kullanın: halojen ya da akkor ampullere göre çok daha az ısınır.

• Hammadde

  PHA (colorFabb allPHA)

  Bakterilerin fermente ettiği şekerler ve yağlar; %100 biyo bazlı

  PLA

  Mısır gibi bitkilerden elde edilen fermente şekerler; biyo bazlı

• Parçalandığı ortam

  PHA (colorFabb allPHA)

  Toprak, tatlı su ve okyanus

  PLA

  Yalnızca endüstriyel kompostlama, yaklaşık 50–65 °C’de

• Parçalanma süresi

  PHA (colorFabb allPHA)

  Aylar ile birkaç yıl arası; denizde bir şişe için yaklaşık 1,5–3,5 yıl

  PLA

  Endüstriyel kompostta haftalar; doğada yıllar ya da daha uzun

• Isıya dayanıklılık

  PHA (colorFabb allPHA)

  120 °C’nin üzerinde de şeklini korur (HDT 153 °C)

  PLA

  Yaklaşık 44–60 °C’de yumuşar

• Baskı tablası

  PHA (colorFabb allPHA)

  Soğuk, ısıtıcı kapalı

  PLA

  Isıtmalı

• Baskı hızı

  PHA (colorFabb allPHA)

  40–80 mm/s

  PLA

  Modern yazıcılarda çok daha hızlı

• Baskı kolaylığı

  PHA (colorFabb allPHA)

  Daha zor (çarpılır, yapıştırıcı ve brim ister)

  PLA

  Kolay ve hata kaldıran

PHA %100 biyo bazlıdır ve PLA’nın aksine toprakta, tatlı suda ve okyanusta parçalanabilir.

Ama bunun gerçek bir bedeli var. Basması daha yavaş ve daha nazlı; üretim maliyeti de PLA’dan yüksek (Catarci Carteny & Blust, 2021). Yine de bir kez basıp yıllarca kullandığınız lamba gibi bir parça için bence buna değer.

Bu lambayı 3D yazıcıda basmak isterseniz dosyalarına e-leora.com adresinden ulaşabilirsiniz. Leora kütüphanesindeki her tasarım STL, OBJ ve 3MF dosyası olarak sunulur; 3MF dosyaları Bambu Studio ve OrcaSlicer için hazır projelerdir ve her model ayrıntılı baskı talimatlarıyla gelir. Ayrıca ticari lisans seçeneği de vardır; böylece yaptığınız lambaları basıp satabilirsiniz (lisansları görün).

PHA hakkında ne düşündüğünüzü ve 3D baskı süreciyle ilgili başka neler öğrenmek istediğinizi bana yazın! Videonun altına yorum bırakın ya da bize mesaj gönderin.