Kannst du Pla schmelzen und es wiederverwenden?

Bei intensivem 3D-Druck fällt schnell PLA-Abfall an – beispielsweise Fehldrucke, Stützstrukturen und die Enden ungenutzter Filamente. Kann man dieses Material einfach einschmelzen und wiederverwenden? Obwohl PLA theoretisch eingeschmolzen werden kann, beeinträchtigen die praktischen Einschränkungen Qualität und Verwendbarkeit. Dieser Blog erklärt die Eigenschaften von PLA, seine Wiederverwendungsmöglichkeiten, die auftretenden Probleme und Hinweise zur alltäglichen Verwendung bei Ihren Projekten.

Zusammensetzung von PLA: Wie sich seine Eigenschaften auf die Wiederverwendung auswirken

Die inhärenten Eigenschaften von PLA sind entscheidend für die Herausforderungen bei der Wiederverwendung. Werfen wir einen Blick auf die wichtigsten Materialeigenschaften, die das Schmelzen und Umformen von PLA so komplex machen.

PLA ist ein Thermoplast

PLA ist ein ThermoplastDieser Kunststoff wird beim Erhitzen weich und formbar und härtet beim Abkühlen aus – ein Zyklus, der wiederholt werden kann. Diese Eigenschaft macht das Recycling von PLA möglich. Zwei kritische Temperaturen für PLA sind:

• Glasübergangstemperatur (T_G ): Diese liegt bei etwa 60–65 °C. Bei dieser Temperatur verändert sich PLA von einem harten und spröden Zustand zu einem weicheren, gummiartigeren Zustand. Es ist noch nicht geschmolzen, aber deutlich flexibler.
• Schmelztemperatur (T_M ): Diese liegt üblicherweise zwischen 150 und 180 °C. Die genaue Temperatur kann je nach PLA-Formel, den vom Hersteller verwendeten Farben oder anderen Zusätzen und der vorherigen Erhitzung variieren. Wenn PLA diese Temperatur erreicht, wird es zu einer dickflüssigen Flüssigkeit, die geformt oder durch eine Düse gepresst werden kann, wie bei einem 3D-Drucker.

Ein Hauptproblem: Thermische Degradation

Der thermische Abbau ist das Haupthindernis bei der Wiederverwendung von PLA. Jedes Mal, wenn PLA geschmolzen wird, können seine langen chemischen Ketten – die Quelle seiner Festigkeit – auseinanderbrechen. Hitze, Sauerstoff und Feuchtigkeit beschleunigen diesen Prozess. Dieser Zerfall führt zu mehreren unerwünschten Auswirkungen auf das Material:

• Schwächeres Material: PLA verliert an Festigkeit und wird spröder. Recyceltes PLA bricht typischerweise leichter als neues PLA.
• Veränderter Fluss: Durch den Abbau verändert sich die Schmelzviskosität (Dicke) von PLA. Dies kann die gleichmäßige Extrusion durch eine Düse behindern und die Gleichmäßigkeit des neuen Filaments oder die Formfüllung beeinträchtigen.
• Farbänderungen: Das erneute Erhitzen von PLA, insbesondere bei Überhitzung oder Verunreinigung, führt häufig zu einer Verdunkelung oder Vergilbung. Klares PLA kann trüb werden, und farbiges PLA kann einen matten, trüben Farbton annehmen.
• Erhöhte Rauchentwicklung: Zersetztes PLA kann mehr flüchtige organische Verbindungen (VOCs) freisetzen. Diese Dämpfe können unangenehm und potenziell reizend sein.

PLA absorbiert Feuchtigkeit: Warum das ein Problem ist

PLA ist hygroskopisch, d. h. es nimmt leicht Feuchtigkeit aus der Luft auf. Dies stellt ein erhebliches Problem beim Schmelzen dar. Beim Erhitzen von feuchtem PLA wird das Wasser zu Dampf. Kritisch ist, dass dieses Wasser bei Schmelztemperaturen durch Hydrolyse mit PLA reagieren kann. Diese chemische Reaktion verkürzt die Polymerketten von PLA weiter und verringert so dessen Festigkeit. Außerdem kann sie Blasen und Hohlräume im wiedergeschmolzenen Kunststoff verursachen, was zu einer schlechten Druckqualität oder Schwachstellen in hergestellten Produkten führt.

Kann man PLA schmelzen und wiederverwenden?

Technisch gesehen kann es eingeschmolzen und wiederverwendet werden. In der Praxis ist das Recycling von Schrott zu hochwertigem neuem Filament oder nützlichen Produkten jedoch mit Problemen behaftet, die die Qualität und allgemeine Machbarkeit des Endprodukts beeinträchtigen. Dafür stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, von einfachen bis hin zu gerätebasierten. Jede Methode hat spezifische Einsatzmöglichkeiten, Vorteile und erhebliche Nachteile.

Option 1: PLA-Abfälle mit direkter Hitze und einfachen Formen umformen

Diese unkomplizierte Methode zur Wiederverwendung von PLA erfordert nur minimale Spezialausrüstung.

Verfahren: PLA-Abfälle werden mit einem Toaster (wegen Kontaminationsgefahr nicht für Lebensmittel geeignet), einer Heißluftpistole oder einer Heizplatte erhitzt, bis sie weich sind. Hitzebeständige Handschuhe sind unerlässlich. Das erweichte PLA kann dann von Hand geformt, in einfache Formen (z. B. Silikonbackformen) gepresst oder zu dichteren Blöcken verdichtet werden.

Anwendungen: Wird hauptsächlich für kleine Dekorationsstücke, einfache Formen für das Kunsthandwerk oder zum Verdichten von PLA-Abfällen verwendet.

Vorteile: Geringe Kosten und einfaches Verfahren.

Nachteile: Eine schwierige Temperaturregelung kann leicht zu einer Überhitzung oder Verbrennung des PLA führen, was zu erheblichen Dämpfen und ungleichmäßigen Ergebnissen führt. Eine gute Belüftung ist aufgrund der Dämpfe unerlässlich. Ungeeignet für die Herstellung neuer 3D-Druckfilament.

Option 2: Extrudieren Sie neues Filament aus gereinigten und zerkleinerten PLA-Abfällen

Dieser Ansatz zielt darauf ab, PLA-Abfälle direkt wieder in verwendbares 3D-Druckfilament umzuwandeln.

Verfahren: Dieser mehrstufige Prozess umfasst:

• Gründliches Reinigen der Abfälle, um Staub und Öle zu entfernen.
• Zerkleinern oder Mahlen von Abfällen in kleine, gleichmäßige Stücke.
• Ausgiebiges Trocknen der Teile (oft stundenlang in einem Filamenttrockner oder kontrollierten Ofen).
• Einführen von getrocknetem PLA in einen Desktop-Filamentextruder, der es schmilzt, mischt und als neues Filament auf eine Spule extrudiert.

Primäres Ziel/Anwendung: Zur Herstellung von neuem, verwendbarem 3D-Druckerfilament aus PLA-Resten.

Vorteile: Der Reiz liegt in einem „geschlossenen Kreislaufsystem“, das Abfall wieder in nutzbares Material umwandelt und so im Laufe der Zeit potenziell die Abfall- und Filamentkosten senken kann.

Nachteile: Zu den wesentlichen Herausforderungen zählen:

• Hohe Anschaffungskosten für einen Schredder und einen Filament-Extruder.
• Zeit- und arbeitsintensiver Prozess (Reinigen, Zerkleinern, Trocknen, Extrudieren).
• Es ist schwierig, einen konsistenten Filamentdurchmesser und eine konsistente Rundheit zu erreichen, die für die Druckqualität entscheidend sind, was häufig zu Druckerstaus oder schlechten Ausdrucken führt.
• Unvermeidlicher thermischer Abbau, der zu einem schwächeren Glühfaden führt.
• Hohes Risiko von Verunreinigungen (Schmutz, andere Kunststoffe) und verwaschenen Farben (beim Mischen typischerweise trübes Braun/Grau).

Option 3: Erstellen Sie kleine feste Objekte per Desktop-PLA-Spritzguss

Verarbeitetes PLA kann auch in kleinen Desktop-Spritzgussmaschinen verwendet werden.

Verfahren: Zerkleinertes, gründlich getrocknetes PLA wird in eine kleine Spritzgussmaschine gegeben, die den geschmolzenen Kunststoff erhitzt und unter Druck in eine Form spritzt.

Anwendungen: Geeignet für die Herstellung mehrerer Kopien kleiner, massiver Teile (z. B. Halterungen, Knöpfe, Gehäuse), bei denen es nicht auf maximale Festigkeit ankommt.

Vorteile: Kann mit guten Formen und richtigen Einstellungen ziemlich konsistente Teile produzieren.

Nachteile: Desktop-Spritzgussmaschinen sind kostspielig, ebenso wie die Herstellung hochwertiger Formen, die ebenfalls Geschick erfordert. Die Formkomplexität ist im Vergleich zum 3D-Druck oft geringer.

Recycling von PLA-Abfällen im industriellen Maßstab

Trotz seines biobasierten Ursprungs ist großflächiges, gezieltes Recycling von PLA aus 3D-Drucken selten. Zwar sind einige PLA-Typen für die industrielle Kompostierung zertifiziert, doch erfordert dies den Zugang zu Spezialanlagen, und nicht alle PLA-Typen erfüllen die Voraussetzungen. Für herkömmliche Recyclingzentren ist das Sammeln, Sortieren und Reinigen gemischter, oft verunreinigter PLA-3D-Drucke in der Regel zu aufwändig und kostspielig, um rentabel zu sein.

Große Herausforderungen bei der Wiederverwendung von PLA

Das Schmelzen und Wiederverwenden von PLA bringt in der Regel erhebliche und oft frustrierende Probleme mit sich. Diese Probleme beeinträchtigen fast immer die Qualität des Endprodukts.

1.Reduzierte Festigkeit und erhöhte Sprödigkeit (thermischer Abbau)

Wie bereits erwähnt, stellt der thermische Abbau eine wesentliche Hürde dar. Jeder Schmelzzyklus schwächt die innere Struktur von PLA. Folglich ist wiederverwendetes PLA fast immer spröder und weniger fest als Neumaterial und daher für langlebige Teile ungeeignet, unabhängig von der Sorgfalt, die bei der Herstellung im Heimwerken angewendet wird.

2. Hohes Kontaminationsrisiko (Schmutz, Farben, andere Kunststoffe)

Recyceltes PLA ist sehr anfällig für verschiedene Formen der Verunreinigung:

• Schmutz und Öle: Staub, Schmutz oder Hautöle können sich mit geschmolzenem PLA vermischen und zu Unvollkommenheiten, Düsenverstopfungen oder Schwachstellen im Endprodukt führen.
• Gemischte Farben: Das Kombinieren verschiedener PLA-Farben führt typischerweise zu einem schlammigen, unvorhersehbaren Farbton (z. B. Braun, Dunkelgrau). Es ist nahezu unmöglich, aus gemischten Resten helle, klare Farben zu erzielen.
• Kreuzkontamination durch Plastik: Versehentliches Mischen mit anderen Kunststoffen (zB ABS, PETG) verursacht aufgrund unterschiedlicher Schmelztemperaturen und Inkompatibilität schwerwiegende Probleme. Die Folgen sind Klumpen, schlechte Haftung, übermäßige Rauchentwicklung und mögliche Geräteschäden.

3. Unvorhersehbare Qualität und Leistung von Recyclingmaterial

Durch die Kombination von Materialabbau und Verunreinigung entsteht hochgradig inkonsistentes recyceltes PLA.

• Mängel bei recyceltem Filament: Recycelt PLA-Filament weist häufig einen uneinheitlichen Durchmesser, Unrundheit, übermäßige Sprödigkeit oder einen schlechten Schmelzfluss auf. Diese Mängel führen direkt zu Druckproblemen wie Düsenstaus, Unter- oder Überextrusion und schlechter Schichthaftung.
• Erhöhte Druckfehler: Die Unzuverlässigkeit von recyceltem PLA führt häufig zu einer höheren Fehldruckrate. Dies kann potenzielle Materialeinsparungen zunichtemachen und zu mehr Frust und Abfall führen.

4. Erhöhte Rauchemissionen und damit verbundene Sicherheitsrisiken

Beim Erhitzen von PLA werden flüchtige organische Verbindungen (VOCs) freigesetzt. Mehrfaches Erhitzen von beschädigtem oder verunreinigtem PLA kann die Menge und Art der freigesetzten Dämpfe erhöhen.

• Belüftungsmängel: Durch unzureichende Belüftung während des Schmelzens können sich flüchtige organische Verbindungen konzentrieren, was bei Einatmen zu potenziellen Gesundheitsrisiken führt.
• Expositionsgefahren: Längerer oder regelmäßiger Kontakt mit diesen erhöhten Rauchkonzentrationen kann, insbesondere ohne entsprechenden Atemschutz, zu Reizungen oder anderen gesundheitlichen Problemen führen.

5. Erhebliche Investition: Zeit, Aufwand und finanzielle Kosten

Der erforderliche Zeit-, Arbeits- und Kostenaufwand für das PLA-Recycling überwiegt für die meisten Hobbyisten oft den Nutzen.

• Erheblicher Zeitaufwand: Der gesamte mehrstufige Prozess – Reinigen, Sortieren, Zerkleinern, Trocknen und anschließendes sorgfältiges Extrudieren oder Formen – ist äußerst zeitaufwändig.
• Ausrüstungsinvestitionen: Hochwertige Zerkleinerer, zuverlässige Filament-Extruder und geeignete Filament-Trockner stellen einen erheblichen Kostenfaktor dar und übersteigen oft die Kosten vieler Spulen neuen, hochwertigen PLA. Berücksichtigt man die geringere Qualität und das höhere Risiko von Fehldrucken bei recyceltem PLA, sind die tatsächlichen Kosteneinsparungen oft minimal oder gar nicht vorhanden.

6. Obligatorische und zeitaufwändige PLA-Trocknung

Aufgrund seiner hygroskopischen Eigenschaften nimmt PLA leicht Feuchtigkeit auf. Daher ist vor dem Schmelzen eine gründliche und sorgfältige Trocknung erforderlich. Das Trocknen ist ein weiterer langwieriger Schritt im Wiederverwendungsprozess. PLA-Schnipsel benötigen in der Regel mehrere Stunden Trocknungszeit bei kontrollierter niedriger Temperatur (ca. 40–50 °C).Wird PLA nicht richtig getrocknet, treten beim Schmelzen erhebliche Probleme auf, beispielsweise Blasen und Dampf, und der Materialabbau wird beschleunigt. All dies beeinträchtigt die Qualität des wiederverwendeten Materials erheblich.

Alternativen zum Schmelzen von PLA-Abfällen

Anstatt den schwierigen Prozess des erneuten Schmelzens von PLA zu durchlaufen, können Sie mit Ihren PLA-Abfällen und fehlgeschlagenen Drucken oft praktischere und kreativere Dinge tun.

Kreatives Upcycling:

Fehlgeschlagene Drucke, Flöße und Stützen können in Kunstprojekten wie Mosaiken oder als Teile von Skulpturen verwendet werden. Kleine Reste können als interessante Füllstoffe in Harzgussteilen oder zur Schaffung einzigartiger Texturen in anderen Handwerken verwendet werden.

Zusammenfügen von PLA-Teilen:

Mit einem 3D-Druckstift und PLA-Filament können Sie PLA-Teile zusammenschweißen, Risse in Drucken reparieren oder kleinere Teile zu größeren zusammenfügen. Auch bestimmte Kunststoffkleber, wie Sekundenkleber (Cyanacrylat) mit Kunststoffgrundierung oder spezielle Kunststoff-Epoxidharze, eignen sich gut zum Zusammenkleben von PLA-Teilen.

Spezialisierte Recyclingdienste (falls verfügbar):

Diese sind nicht üblich, aber einige Gemeinschaftswerkstätten, Makerspaces oder spezialisierte Unternehmen bieten möglicherweise die Abholung und das Recycling von PLA-Abfällen an. Sie können sehen, was in Ihrer Gegend verfügbar ist, aber seien Sie nicht zu zuversichtlich.

Industrielle Kompostierung (für zertifiziertes PLA):

Wenn Ihr PLA die spezielle Kennzeichnung für die industrielle Kompostierung trägt (es erfüllt Normen wie EN 13432 oder ASTM D6400) UND Sie Zugang zu einer industriellen oder kommunalen Kompostanlage in Ihrer Nähe haben, die es annimmt, ist dies eine umweltfreundlichere Entsorgungsmethode. Die meisten PLA lassen sich jedoch nicht in einem normalen Haushaltskompostbehälter kompostieren.

Gehen Sie mit Ihrem PLA-Abfall clever um!

Obwohl es möglich ist, PLA zu schmelzen, ist dies mit großen Hürden verbunden. Materialverschleiß, Qualitätsmängel sowie der hohe Zeit- und Geräteaufwand überwiegen für den Hobbybastler in der Regel die Vorteile. Anstatt sich mit kompliziertem Recycling zu befassen, sollten Sie Ihren Abfall reduzieren, indem Sie Ihre Drucke optimieren, Ihre Reste kreativ aufwerten oder zertifiziertes PLA in Ihrer Nähe kompostieren. Entscheiden Sie sich für praktikable Lösungen statt für solche, die enttäuschende Ergebnisse versprechen.