PLA - C'est quoi du PLA ? Comment choisir son filament PLA ?

Le PLA, ou acide polylactique, est un plastique présent dans notre quotidien.

Le PLA est plébiscité notamment dans le domaine des emballages alimentaires, sacs plastiques, etc. Rapidement, dans l’impression 3D, le PLA s’est placé comme étant le filament le plus utilisé. Son caractère biosourcé entre parfaitement dans la mouvance de l’impression tridimensionnelle (production du strict nécessaire, à la demande, relocalisée).

PLAIl s’agit d’un bio-plastique, issu généralement d’amidon de maïs, mais aussi de cannes à sucre, betterave, etc. Il est biodégradable en conditions industrielles. Dans son état "naturel" le PLA est beige et légèrement translucide. Les filaments PLA pour imprimantes 3D comportent des pigments afin d'obtenir une coloration. Ces additifs sont susceptibles de modifier le caractère biodégradable en condition industrielle du PLA.

Le filament PLA est également le plastique le plus facile à imprimer. En effet, il fond à basse température (en règle général entre 190 et 220°C), et est peu sujet au warping. Il offre un rendu de surface lisse et propre.

C’est un matériau idéal pour le prototypage ou la validation de forme sans la mise en contrainte forte. Son caractère biodégradable n'est possible qu'en conditions industrielles spécifiques. Aussi, une pièce imprimée en PLA laissée à température ambiante ne se détériorera pas.

Le post-traitement des pièces imprimées en PLA est très facile. Il se ponce facilement et la colle cyanoacrylate permet des assemblages aisés. Le PLA est également peu coûteux, la moyenne de prix d’une bobine de filament PLA 1kg est d’environ 25€. Les bobines de filaments PLA sont disponibles dans une très grande diversité de couleurs et de conditionnements. C’est le plastique de référence de l’impression 3D : facile à imprimer et rendu très propre.

Le choix du filament PLA peut s’avérer complexe, au vu de la diversité des marques de filament PLA. L'imprimeur orientera son choix en fonction des coloris et conditionnements disponibles selon les marques ou encore en fonction d'une préférence ou non envers un conditionnement en bobine carton ou plastique.

Le PLA est un plastique facilement modifiable. On retrouve du filament avec différents types de charges : bois, pierre, métaux, etc. Là aussi ces additifs limitent le caractère biodégradable du filament PLA.

La limite première du PLA est sa faible résistance à la chaleur (déformation des pièces généralement dès 40°C). Des variantes de PLA (PLA x-3, HD PLA) peuvent être recuits après impression afin de développer des résistances accrues à la chaleur. Ces procédures de recuisson entrainent par ailleurs une perte de cote de la pièce imprimée en 3D.

Pour les besoins de pièces résistantes à la chaleur, mieux vaut se tourner vers des filaments tels que l’ABS ou le PET-G par exemple.

Comment est fabriqué le filament PLA ?

Comme nous l'avons vu précédemment le PLA n'est pas un plastique né de l'impression 3D. Le plastique PLA est utilisé depuis longtemps pour les films d'emballage. La consommation de PLA dans ce secteur augmente d'ailleurs très fortement au fil des années du fait du contexte environnemental.

Avant de retrouver notre PLA autour de la bobine, on le trouve d'abord sous forme de granulés. A son état d'origine, non pigmenté, il s'agit de petites billes ou bâtonnets translucides d'environ 3-4 mm de long. Les fabricants de filaments reçoivent cette matière première sous forme de big-bags de la part des producteurs de bioplastiques comme NatureWorks par exemple.

granulesS'en suit une phase capitale de séchage de ce pellet. Cette phase est essentielle car si le taux d'humidité du pellet à l'entrée de l'extrudeuse n'est pas conforme cela aboutira à la production d'un filament cassant une fois enroulé sur la bobine.

Une fois séché le PLA entre dans l'extrudeuse : une presse rotative qui chauffe le pellet et le pousse sous pression vers une filière dont sort alors le PLA sous forme d'un boudin chaud.

Pour colorer le filament, le pellet de PLA peut être mélangé à des pigments de coloration, on parle de "masterbatch".

En sortie de l'extrudeuse, nous n'obtenons pas le filament PLA final en tant que tel mais plutôt un boudin encore malléable qui sera étiré pour obtenir le diamètre souhaité : 1.75 ou 2.85 mm.

Ce boudin, dont le diamètre diminue à mesure qu'il s'éloigne de l'extrudeuse, est souvent refroidi dans des gouttières remplies d'eau. Oui le filament bientôt sur la bobine passe dans l'eau. De quoi mettre à mal la légende du filament PLA sensible à l'humidité... Certes le filament sera séché par des ventilateurs avant d'être enroulé sur bobine ou touret mais comme nous l'avons vu auparavant la problématique du taux d'humidité du PLA se pose avant l'extrusion, très peu après.

Une fois le diamètre souhaité obtenu, notamment via des contrôles laser, le filament est enroulé soit sur bobine soit sur touret. Lorsqu'il est enroulé sur touret de 20 à 50 kg, il servira plus tard à produire à la demande des bobines d'une plus faible masse. Lorsqu'il est enroulé directement sur bobine, l'enroulement est plus qualitatif.

Les variantes & combinaisons

Le PLA pour l'impression 3D existe sous différents grades. Certains types de filament PLA pour imprimante 3D peuvent être recuits après impression, permettant l'obtention de pièces plus résistantes aux chocs et à la chaleur.

Le PLA est également une bonne base pour créer des filaments "exotiques" afin d'obtenir des rendus esthétiques variés :

  • chargé bois
  • chargé métal
  • co-produits (moule, noix de Saint-Jacques, etc)
  • Glossy/Silk/soie (très billant)
  • Mat
  • chargé paillettes (effet métallisé)
  • etc

Le filament PLA MAT est très apprécié, il assure l'impression de pièces réfléchissant moins la lumière  Dans les applications esthétiques, l'utilisation du PLA mat permettra d'augmenter le réalisme des objets. On pense notamment aux applications en architecture.

Il est également possible de trouver des filaments PLA recyclés. Il s'agit de producteurs de filaments qui valorisent leurs rebuts et déchets de production afin d'obtenir un filament 100% recyclé.

Différence PLA et ABS

bobine fil plaL’ABS est l'un des plastiques rois à ce jour. Il s’agit d’un plastique issu de pétrole, peu coûteux, et offrant une très grande durabilité, résistance aux chocs et à la chaleur.

S’il est utilisé dans l’impression 3D à dépôt de filament fondu, s’est principalement pour son faible coût.

Tout comme le PLA, l’ABS est fabriqué dans un grand nombre de coloris. L’ABS est utilisé dans l’impression 3D pour la production de pièces fonctionnelles, à bas coût.

Contrairement au PLA, l’ABS est complexe à imprimer, il est sujet au warping (décollement de la pièce à la surface d’impression). De plus, l’ABS émet des odeurs et des nano-particules durant son impression, contrairement au PLA qui serait, à ce jour, le filament qui émet le moins de particules.

Une alternative de choix à l’ABS, est le PET-G. C’est un filament qui se place entre le PLA et l’ABS. Il s’imprime relativement facilement et offre des propriétés mécaniques proches de celles de l’ABS.

Le filament PLA est-il éco responsable ?

Qui dit impression 3D, dit utilisation de filament « plastique ». Le moins que l’on puisse dire est que ce matériau n’est pas à la mode de nos jours. Aussi le fabricant, le distributeur et l’utilisateur cherchent souvent à minimiser l’impact de l’impression 3D à travers l’utilisation de filaments dit « éco-responsables ».

On retrouve souvent le PLA à la première place du podium d’éco-responsabilité des filaments d’impression 3D. Pourquoi ? Foncièrement le PLA est produit à partir de sources végétales comme de l’amidon de maïs par exemple. Cela vient en opposition des filaments type ABS qui eux proviennent des sous-produits de l’industrie pétrolière. L’image d’un champ de maïs est plus valorisante qu’un puits noirâtre de pétrole.

Certes mais notons tout d’abord que le PLA, même s’il est d’origine végétale, n’est biodégradable qu’en condition industrielle, à son état pur. Or la majorité du filament PLA utilisé n’est pas à son état vierge mais chargé en pigments pour la coloration ou en charges diverses pour des rendus bois ou métalliques. Ensuite la production de PLA nécessite la mobilisation d’énergie aussi bien pour produire le pellet de PLA que pour extruder le filament dans des presses dont le corps est chauffé à haute température. N’oublions pas aussi que les produits d’origine végétale posent la question de la concurrence vis-à-vis des cultures vivrières. Se pose enfin la question du recyclage. Si aucune filière de recyclage des impressions 3D n’est réellement en place à ce jour, notons que dans les filières classiques de recyclage, le PLA ne rentre pas dans les cases des codes de tri à l’inverse de l’ABS par exemple. La très large majorité des impressions 3D PLA hors d’usage ou ratées finira incinérée comme une grande partie de nos déchets.

Cette présentation plutôt pessimiste du tableau doit nous ramener à la priorité des priorités : réduire la consommation de plastique. Et cela s’applique aussi à l’impression 3D, même de PLA. A ce sujet, vous pouvez consulter notre approche sur Comment réduire sa consommation de filament 3D ?