高速PLA是個(gè)噱頭嗎？

魔猴君  知識(shí)堂   196天前

3D打印PLA材質(zhì)，大部分人都了解，因?yàn)镻LA是一種最基礎(chǔ)的打印材質(zhì)，但如今有如此多的線材制造商在其材料上貼上“高速”標(biāo)簽，這不禁讓人產(chǎn)生疑問：這是一個(gè)噱頭，還是有什么玄機(jī)？背后有科學(xué)依據(jù)嗎？

讓我們來看看有關(guān)高速3D打印的一些炒作和夸張的背后以及您的材料選擇對(duì)打印速度的影響。

您可能想知道什么打印速度被認(rèn)為是高速？答案各不相同，但一般來說，300毫米/秒及更快的速度被認(rèn)為是高速。如今，更多FDM 3D打印機(jī)可以以這樣的速度運(yùn)行。例如，Bambu Lab打印機(jī)的打印速度可達(dá)500毫米/秒，最快的Anycubic約為300毫米/秒，Creality的K1 Max表示其最大速度可達(dá)600毫米/秒，而一些Original Prusa和Elegoo機(jī)器可以達(dá)到500毫米/秒。在專業(yè)桌面方面，Raise3D Pro3（使用專有材料）可以達(dá)到350毫米/秒。

隨著這些新速度的出現(xiàn)，對(duì)新材料的需求也隨之而來。本文魔猴網(wǎng)將和大家一起揭開高速PLA的秘密。

什么是高速PLA？

與標(biāo)準(zhǔn)PLA耗材相比，Anycubic表示其高速PLA耗材具有更好的流動(dòng)性和散熱性，可避免高速打印缺陷

（來源：Anycubic）

擠出過程中噴嘴的移動(dòng)速度會(huì)影響3D打印零件的各種性能。高打印速度對(duì)控制其他打印參數(shù)（熱量、層高、流速、風(fēng)扇速度等）提出了新的要求，并可能導(dǎo)致邊緣過度擠出而其他地方擠出不足、拉絲、滲漏、層移位、填充間隙、翹曲和表面缺陷——常見的故障排除技巧是降低打印速度。此外，研究表明，在先前的層完全凝固之前添加新的層可能會(huì)導(dǎo)致變形、尺寸精度降低和機(jī)械性能降低。

因此，雖然您可以以300毫米/秒的速度打印幾乎任何材料，但最終的質(zhì)量卻是個(gè)問題。高速PLA的目標(biāo)是讓您能夠更快地打印優(yōu)質(zhì)零件。材料制造商表示，零件的層附著力、表面質(zhì)量和整體機(jī)械性能是普通PLA和高速PLA之間會(huì)發(fā)生變化的變量。

高速PLA是PLA（聚乳酸）的重新配方，使其表現(xiàn)不同。這些高速版本的一個(gè)主要目標(biāo)是在更高的速度范圍內(nèi)更一致地?cái)D出，提供一致的表面光潔度和機(jī)械性能。您可能知道，最大打印速度越高，打印機(jī)在制造零件時(shí)產(chǎn)生的不同速度范圍就越大。

高速PLA的另一個(gè)屬性是熔化速度更快，冷卻速度更快。

更快的打印速度可以減少PLA長(zhǎng)絲在熱端停留的時(shí)間，因此需要對(duì)其進(jìn)行配制以使其熔化得更快。這就提出了一種稱為“熔體流動(dòng)指數(shù)”的聚合物測(cè)量方法。

高速PLA材料與同一公司的常規(guī)PLA的打印參數(shù)和材料品質(zhì)略有不同（來源：All3DP）

熔體流動(dòng)指數(shù)(MFI)–也稱為熔體質(zhì)量流動(dòng)速率(MFR)或熔體指數(shù)–是聚合物在擠出過程中經(jīng)受一組特定溫度和壓力條件時(shí)的流動(dòng)性的量度。MFI測(cè)試有固定的條件，通常由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（例如ASTM或ISO）定義。

只有少數(shù)PLA制造商會(huì)在其長(zhǎng)絲技術(shù)數(shù)據(jù)表中披露這一測(cè)量結(jié)果。也許，沒有人真正根據(jù)MFI數(shù)據(jù)購(gòu)買長(zhǎng)絲，但eSun和PolyMaker表示，他們披露這些數(shù)據(jù)是為了幫助客戶開發(fā)一致的加工條件，以實(shí)現(xiàn)一定程度的質(zhì)量控制并預(yù)測(cè)聚合物在各種應(yīng)用中的性能，因?yàn)樗梢杂绊懽罱K零件的性能，例如機(jī)械強(qiáng)度、表面光潔度和尺寸穩(wěn)定性。

PLA是如何制成高速PLA的？

當(dāng)今高速3D打印機(jī)上的高速3D打印需要經(jīng)過優(yōu)化的材料以實(shí)現(xiàn)不同的性能（來源：PolyMaker）

索爾維特種聚合物公司的材料科學(xué)家布萊恩·亞歷山大（All3DP編輯顧問委員會(huì)成員）表示，有一些方法可以控制聚合物加工中的熔體強(qiáng)度、結(jié)晶速度和粘度，但這些通常是公司機(jī)密?！拔覀儸F(xiàn)在開始看到用于增材制造的專用或優(yōu)化等級(jí)的PLA，而不僅僅是采用標(biāo)準(zhǔn)注塑等級(jí)，”他說。

Alexander表示，為提高加工速度而對(duì)PLA進(jìn)行改性可能是在標(biāo)準(zhǔn)PLA中添加添加劑的結(jié)果，或者是在聚合物生產(chǎn)之初（稱為反應(yīng)器階段）進(jìn)行調(diào)整的結(jié)果，在此階段發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以形成聚合物鏈。

然而，當(dāng)聚合物針對(duì)速度進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，性能會(huì)發(fā)生什么變化？為了快速打印是否需要犧牲一些東西？

材料制造商PolyMaker于2023年9月發(fā)布了PolySonic PLA。在發(fā)布該材料的同時(shí)，該公司還分享了對(duì)該材料機(jī)械性能的研究。如下圖所示，使用PolySonic PLA Pro以300毫米/秒的速度制作的測(cè)試打印件的拉伸強(qiáng)度比使用PolyLite PLA以46.5毫米/秒的速度制作的相同零件的拉伸強(qiáng)度低12%。

誠(chéng)然，PLA并不是一種因其機(jī)械強(qiáng)度而受到追捧的材料，而是主要用于具有高表面質(zhì)量和細(xì)節(jié)的零件。PolyMaker對(duì)自己材料的測(cè)試表明，與標(biāo)準(zhǔn)PLA相比，高速PLA的公差尺寸精度沒有變化。該公司表示，部分原因是該材料能夠以接近零的收縮率從流體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。

在比較PLA與高速PLA的數(shù)據(jù)表時(shí)，您可以在測(cè)量中看到聚合物重新配方的跡象，例如高速材料的分子密度較低。但是，技術(shù)數(shù)據(jù)表和研究聲明都可能具有誤導(dǎo)性，尤其是當(dāng)您使用它們來比較材料時(shí)。我們注意到，用高速材料打印的測(cè)試零件列出的機(jī)械性能通常列出的打印速度僅為40毫米/秒。

“為了真正檢查聚合物的完整性，您需要以不同的速度和處理參數(shù)打印零件，并進(jìn)行快速?zèng)_擊（夏比或懸臂梁）測(cè)試，以了解零件如何斷裂，”亞歷山大指出?！皼_擊測(cè)試會(huì)突出顯示打印部件中的缺陷，例如層間粘附力或孔隙率，這些缺陷將首先受到拉伸模量或強(qiáng)度的影響?！?/span>

盡管進(jìn)行了所有這些測(cè)量，您對(duì)高速PLA的體驗(yàn)可能是獨(dú)一無二的。高速3D打印是材料、硬件和軟件以及零件幾何形狀的結(jié)合。

要測(cè)試打印速度，請(qǐng)下載打印速度測(cè)試模型。這些型號(hào)通常附帶有關(guān)如何設(shè)置正確設(shè)置的說明。此處鏈接的此模型基本上將以逐漸增加的速度打印相同的形狀，使您可以直觀地識(shí)別最佳設(shè)置。

高速或大批量擠出PLA長(zhǎng)絲的價(jià)格可能高達(dá)同一品牌普通PLA的兩倍，因此使用典型零件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是了解您選擇的高速PLA是否是噱頭的最佳方法或不。

編譯整理：ALL3DP