3D打印材料性能“逆袭”!亲测耐高温PLA,160℃熨斗烫不化!
3D打印技术参考注意到,全球领先的3D打印材料制造商Polymaker,于5月27日宣布推出两款突破性的线材——高温PLA(HT-PLA)和玻纤增强高温 PLA(HT-PLA-GF)。
其中HT-PLA免退火即具备150℃软化温度(无载荷),其结合了PLA优异的打印性能和高温耐受性,适用于对热性能有更高要求的应用场景。HT-PLA-GF则在HT-PLA基础上添加了玻璃纤维增强材料,热变形温度可与ABS媲美,刚性和拉伸强度几乎是ABS的两倍。
这在行业内引起了广泛关注,因为PLA(聚乳酸)是最受消费者欢迎的3D打印材料之一,其成本低、环保,在普通家用、办公室环境用量巨大。但普通PLA的耐热性较差,在夏天封闭环境(如高温暴晒的车内、未开空调的室内等)中的极容易发生热变形,影响使用体验。因此,耐高温PLA的出现,无论在家庭环境还是工业端,都将拓宽其应用场景。
首发测试,真耐高温
笔者在第一时间拿到了这两款材料并进行了测试,发现在使用机器默认参数的情况下,HT-PLA和HT-PLA-GF均完美打印,证明两款材料极易打印,不需要用户过多的去调试参数,这一点也符合Polymaker“让创造不再困难”的理念。
普通PLA与耐高温PLA打印的摆件在车内经高温暴晒后的变形情况
车内摆件是家庭3D打印的一项重要应用,随着气温越来越高,笔者此前3D打印的普通PLA模型已经在一次暴晒中瘫软。因此,最初的测试聚焦模拟夏季高温暴晒车内环境,将普通PLA、HT-PLA和HT-PLA-GF打印的测试人物模型放置于烤箱内,设定70℃观察状态变化,结果等待十分钟变化不大,随即将温度升高至120℃。结果是,普通PLA打印的人物模型快速软化倾倒,而由HT-PLA打印的模型则始终未出现明显的形状变化。实际上,即便温度升高至150℃并保持,该模型的状态仍旧未发生变化。
由普通PLA打印的人物模型快速倾倒
进一步的,笔者测试了更高的温度场景,将底部温度达160℃的熨斗放置在打印的底座上观察状态变化。底座使用TPMS-D晶格填充,且未封顶,均使用相同参数打印。将熨斗加热至可工作状态后,将其分别放置在底座上5分钟,然后拿开熨斗观察底座的状态。
由三种不同PLA打印的熨斗底座
熨斗工作时底部温度达160℃
测试发现,普通PLA打印的底座熔化过半,无糊味;HT-PLA未熔化,仅有部分晶格顶部脱层,有清香味道;HT-PLA-GF的损毁最少。
经高温熨烫之后的晶格表面
此外,三个测试底座均出现遇冷变形的情况,这与底座仅有5mm厚度且未进行任何加强所致。可以看出,高温PLA抵抗住了160度的高温,这一测试温度已经超过了官方声明的极限温度。
PLA材料的3D打印应用,从消费级迈向工程级
Polymaker 项目代表表示,“HT-PLA突破了PLA材料在3D打印领域的最后一道障碍。2014年,我们通过高韧性PLA解决了其固有的脆性问题;十年后,我们又突破了其耐热温度的限制。”而HT-PLA-GF则可以满足对强度和稳定性有更高要求的应用,突破了传统PLA 材料在高性能应用领域的局限。结合PLA本身固有的环保特点,这两款材料将为家庭使用环境以及更广泛的汽车部件、工业设备部件,甚至航空航天领域的某些结构件制造带来新的可能。
1. 家庭使用场景
在家庭使用环境中,用户可以使用HT-PLA-GF制作烤盘、蒸锅底座或托盘等,该材料经过退火处理后具有更高的机械性能和热稳定性,适合制造需要承受高温和频繁使用的个性化、高强度厨房用具。其他适合使用高温PLA的场景还包括制作车内摆件(高温暴晒不变形),熨斗、卷发器、热水壶、电烙铁、电钻等具有较高工作温度器具的支架或隔板等。
HT-PLA打印的直发器垫
2.烹饪行业
HT-PLA可用于烹饪用具的快速原型制作,它的耐热性使原型在模拟烹饪环境中能保持稳定,而且Polymaker针对HT-PLA首发十种纯色和四种渐变色,HT-PLA-GF拥有九种标准颜色,可帮助用户实现功能性与美学的有机统一,因此非常适合用于设计验证。
HT-PLA打印的餐具
3.在电子电器行业
HT-PLA易于打印且细节表现好,同时其耐热性可满足外壳和装饰件对温度变化的一定承受能力,因此可以打印手机壳、平板电脑外壳等。
此外,还可以利用HT-PLA的耐热性来制造具有内部支撑结构的电路板支架、散热器底座等。HT-PLA-GF则可以进一步拓宽应用范围,优异的机械性能和热稳定性,适合制造电子产品的连接器与插座等。
HT-PLA打印的电烙铁支架
4.更广泛的工业应用
HT-PLA-GF的热变形温度可与ABS媲美,其刚性和拉伸强度几乎是ABS的两倍。通过退火工艺优化,该线材的机械性能可提升至与热性能相适配的水平。因此,理论上这款新的线材可以覆盖ABS的众多应用场景。耐高温PLA可用于制作汽车内饰件和外观件,齿轮、轴承、外壳等机械部件,电动工具配件制造、其他精密机械零件以及高温环境下的结构件等。
HT-PLA-GF打印的电钻固定支座
此外,该材料在教育领域也将发挥重要作用,采用#耐高温PLA这一环保材料制作教具,不仅具有环境安全性,还能持续保障相关器具的尺寸、形状稳定,同时能拓展进行更多的科学实验。因此,Polymaker耐高温PLA的推出,使PLA的应用拓展至高温环境下有载荷和无载荷两种不同应用,同时实现功能性与美学并重。
HT-PLA打印的相关零件
Fiberon™ PPS-GF20,在成本、性能之间取得平衡
据3D打印技术参考了解,#Polymaker同期还推出了另一款功能材料——Fiberon™ PPS-GF20。这款材料直击用户对高性能材料具有使用需求,但难以在材料及机器成本以及性能甚至打印适配性之间取得平衡的难题。
在高温、高电压或有阻燃要求的工业环境中,常规工程材料性能受限。常见工程塑料如PA、ABS虽具有一定耐热性,但在持续高温(>200°C)或有电气安全要求下无法满足使用需求;高端材料如PEEK、PEI等虽性能强大,但价格高昂,打印难度大,对打印设备要求高。
新推出的Fiberon™ PPS-GF20,含有20wt%的玻璃纤维,可提供良好的刚性(拉伸模量4111MPa),同时保持良好的打印尺寸稳定性和耐蠕变性。其可长期在高温工况下工作,满足靠近热源、工业烘道、高温仓储等复杂环境,能够替代部分高温材料,如PEI;其还具备优异的绝缘性能,适用于高电压与电子设备应用场景;具有满足工业安全标准的阻燃等级,可用于有明火或电弧风险的环境。
END
材料是影响3D打印技术应用范围的关键一环。材料的新样式虽层出不穷,但打破材料的性能天花板却难上加难。Polymaker凭借在3D打印材料领域的深耕,不断开发和制造高质量的3D打印材料,解决因材料导致的3D打印质量问题,解决因材料导致的产品性能问题。
多款新材料的推出,展示出该公司对3D打印新材料研发的引领作用。同时,Polymaker也将以高性能材料为基石,推动基于FDM的3D打印工艺在商业航天、生物制造、3C电子、新能源汽车、低空经济和文化创意等领域发挥更大的应用价值。