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当3D打印不再怕热:高温PLA新品全球发布前深度测评

导语:

如果问一个FDM3D打印用户:材料最大的痛点是什么?

十有八九会得到同一个答案:

怕热。

夏天放在车里的模型软得像面条,稍微靠近热源就变形。

图片来源:matterhackers

这几乎成了PLA材料的原罪。

但AM易道拿到的Polymaker最新推出的HT-PLA和HT-PLA-GF似乎要改写这个故事。

这两款材料声称在保持PLA易打印特性的同时,将耐温性能提升至150°C。

真有这么神奇?

AM易道花了两周时间深度测试,结果可能会改变你对PLA材料的传统认知。

本文基于Polymaker提供的官方技术资料、样品支持、新品发布信息和AM易道独立测试完成。

所有测试数据及结论均为AM易道独立获得,测试方法和结果并非按照国际或国标执行,仅供参考。

开箱:熟悉的外表下藏着什么秘密

拿到这两种线材时,感受到包装依然是Polymaker的经典风格:

经典的环保纸质料盘,真空密封包装。

我们测试用的橙色的HT-PLA看起来鲜亮艳丽,其官方称为"业内首款免退火即具备150℃软化温度的PLA材料"。

这什么概念?

普通PLA在60°C左右就开始软化,而这盘料的维卡软化温度(无需退火)直接飙到了152°C。

它还能以300mm/s的速度高速打印!

我们测试用的绿色的HT-PLA-GF,颜色也很鲜艳。

其中GF是Glass Fiber的缩写,也就是玻璃纤维增强版。

图片来源:AZoM

技术资料显示,其退火后的热变形温度(HDT)在0.45MPa载荷下可达114.7°C,"刚性和拉伸强度几乎是ABS的两倍"。

而且退火条件相当友好:100°C退火30分钟就行,比那些动辄需要特殊设备的工程塑料要省心多了。

从手感上看,HT-PLA-GF明显更压手一些,密度从高温版的1.287g/cm³增加到1.337g/cm³,但这点重量增加换来的是性能提升。

直接上手打印两种日常生活模型测试

光看数据没意思,咱们直接上手测试。

我们给这两款材料安排了相当有针对性的打印任务。

煤油打火机外壳:HT-PLA的高温日常

选择打火机外壳测试HT-PLA绝对不是心血来潮。

这玩意儿日常使用温度就不低,夏天放在车里更是对材料的极限考验。

如果连这都扛不住,那什么耐高温便显得意义不足。

打印过程相当顺利,全程没有翘边、拉丝等问题。成品表面光洁,细节还原度高。

拿在手里有种结实的感觉,这对于日常使用的产品来说很重要。

几天这个3D打印外壳的煤油打火机使用下来,一切正常使用并且没有任何产生热变形。

折叠衣架:玻纤增强版的力学展示

玻纤版的高温PLA被分配了一个可折叠旅行衣架的打印任务。

这个设计不仅考验耐温性,更要验证玻纤增强后的机械强度和疲劳性能。

毕竟衣架这东西得能承重,还得经得起反复折叠。

打印时能明显感觉到材料的不同。

玻纤的加入让表面呈现出独特的哑光质感,看起来很有工业级材料的范儿。

其次是强度,成品拿在手里沉甸甸的,弯折时的阻力感受比普通PLA大。

AM易道在炎热的夏天找了一件厚重的羊毛大衣进行测试,轻松应对!

从技术数据看,HT-PLA-GF的拉伸强度达到50.2MPa,相比HT-PLA的42.86MPa有提升。

更重要的是,弯曲模量从2945.75MPa增加到4206.91MPa,这意味着在相同载荷下变形更小。

需要注意的是,HT-PLA-GF含有玻璃纤维成分,须使用硬化喷嘴防止设备磨损。

这是个额外成本,但考虑到性能提升,还是值得的。

火与热的洗礼:高温硬核测试

说一千道一万,光打几个件还不够狠,最终还得看耐温性能测试。

我们设计了两轮测试,从温和到极限,全方位验证这两款材料的真实表现。

第一轮:水浴加热,温度慢慢爬

准备了三根相同规格的测试条:

橙色高温PLA、绿色玻纤增强高温PLA,以及灰色普通PLA作为对照组。

测试方法简单粗暴:把他们丢进烧杯里加热,看谁先认怂。

结果相当戏剧性。

普通PLA在水温刚到51.8°C时就开始有肉眼可见的变形,而两款HT-PLA还是一副淡定的样子。

这个温度差距基本符合理论预期,普通PLA的耐热温度在60°C左右。

随着温度继续上升,差距越来越明显。

当水温到达90°C左右时,普通PLA已经软得像煮熟的意大利面,可以随意弯曲。

而HT-PLA和HT-PLA-GF虽然相比室温时略有软化,但依然保持着应有的形状和相当的硬度。

如果非要比较这两者,HT-PLA-GF确实要更坚挺一些。

用手掰的时候能感觉到明显的阻力,这应该是玻纤增强的效果。

第二轮:热风枪极限挑战

水浴测试还算温和,接下来该请出我们的终极武器:

一把最高温度300°C的热风枪。

我们这次用的是比国际测试标准更细更长的扁条样品,我们认为这样测试更加严酷。

热风枪一开,立竿见影。

普通PLA几乎是秒败,瞬间就发生了明显变形。

HT-PLA坚持得更久一些,但在持续高温炙烤下最终还是出现了轻微弯曲。

真正的明星是HT-PLA-GF(玻纤增强的高温PLA)。

在同样的测试条件下,它的表现最为出色,变形程度明显小于其他两者。

这个结果印证了技术资料中的数据:

玻纤增强确实带来了更强的高温尺寸稳定性。

值得一提的是,即便是在如此极端的测试条件下,两款HT-PLA材料并没有出现燃烧或释放难闻有害气体的情况。

技术解密:150°C背后的科学逻辑

要理解HT-PLA为什么能有如此出色的耐温表现,我们得深入技术层面聊聊。

分子结构的巧妙设计

根据Polymaker提供的详细技术资料,HT-PLA本质上是"PLA基多相复合材料",主体结构依然是聚乳酸(PLA)。

这意味着它保持了PLA的生物可降解性和环保特性,同时通过特殊的材料改性实现了性能突破。

从DSC(差示扫描量热法)数据可以看出,HT-PLA的玻璃化转变温度为59.8°C,熔融温度177.23°C,这些基础热性能参数与普通PLA相差不大。

关键在于维卡软化温度的大幅提升:从普通PLA的60-70°C直接跳到152°C,这背后必然涉及深层次的分子工程。

AM易道认为,这种技术路线体现了Polymaker在材料科学方面的积淀:

在保持基础特性的前提下,通过有限的改性手段实现性能的跨越式提升。这比完全重新设计一种材料要务实得多。

玻纤增强的双重效应

HT-PLA-GF在基础配方上添加了玻璃纤维,这带来了双重效应。

首先是前文提到的机械强度的提升,弯曲模量达到了4206.91MPa。

更重要的是热性能的改善。

玻纤作为无机填料,本身具有优异的高温稳定性。

在复合材料中,它不仅起到增强作用,还能有效抑制基体材料的热变形。这就是为什么HT-PLA-GF在高温测试中表现最佳的原因。

从收缩率数据也能看出端倪。

HT-PLA-GF在X-Y方向的收缩率仅为0.05%,Z方向同样为0.05%,这种超低收缩特性对于精密零件制造意义重大。

相比之下,普通PLA的收缩率往往在0.3-0.8%之间。

退火工艺的关键作用

特别值得关注的是HT-PLA-GF(玻纤增强)的退火处理。

未退火时,它的热变形温度为75°C,而退火后可达114.7°C,性能提升幅度超过50%。退火条件也相当友好,100°C保温30分钟即可。

这种高效的退火工艺解决了传统高温材料的一个重要痛点。

很多工程塑料需要复杂的后处理才能达到最佳性能,而HT-PLA-GF的退火可以用普通烤箱(甚至水浴法)完成,大大降低了使用门槛。

打印参数优化:让性能最大化

在AM易道与Polymaker的合作过程中,他们提供的技术支持让人印象深刻。

不仅有详细的打印参数建议,还有针对不同应用场景的优化建议。

HT-PLA的最佳参数

值得注意的是,HT-PLA在高速打印时表现相当稳定,这在传统PLA材料中并不常见。

可能是分子结构优化带来的额外好处。而且材料适配所有1.75mm挤出系统,兼容性不错。

HT-PLA-GF的特殊要求

玻纤增强版的参数设置略有不同:

关于退火,这是个相当重要的环节。

虽然本次AM易道测评没有进行退火就已经明确感受到了材料的优异,但追求更高性能的读者用户应该进行退火处理。

Polymaker在技术资料中特别强调,通过退火工艺优化,材料的机械性能会进一步提升。

应用场景重新定义

这两款材料的出现,实际上为PLA开辟了全新的应用领域。

从Polymaker的官方信息来看,他们已经将目标瞄准了从消费级向工程级的跨越。

汽车内饰件的新选择

传统上,汽车内饰件大多使用ABS或其他工程塑料,主要考虑的就是耐温性能。

夏天车内温度动辄60-70°C,普通PLA根本扛不住。

但两款材料的150°C耐温性能可以胜任这类应用。

比如夏日可以打印一个墨镜夹:

图片来自:Tutorial45

或者一个卡通的杯托式的手机支架,得耐得住夏天的高温:

图片来自:FordAccessories

而且相比ABS,PLA没有刺激性气味,生产过程更环保,这在当前的环保大趋势下是个重要优势。

从我们拿到的技术资料可以看出,这款材料已经考虑了汽车应用场景的特殊需求。

工具配件市场

有意思的是,Polymaker专门为HT-PLA-GF推出了专为工具配件设计的颜色系列。

各类电动工具在使用过程中会产生大量热量,对材料的耐温性和机械强度都有很高要求。

以下面的3D打印热熔枪支架为例,需要耐高温和一定的机械强度:

图片来自Printables

HT-PLA-GF退火后的HDT可达114.7°C,高于ABS,而且刚性和拉伸强度几乎是ABS的两倍

这样的性能参数能满足电动工具配件的使用需求。

消费电子产品外壳

随着电子设备功率密度越来越高,散热问题日益突出。

传统PLA外壳在高温环境下容易变形,影响产品可靠性。

HT-PLA系列为这类应用提供了新选择。

不仅耐温性能出色,打印精度也能满足消费电子产品的要求。

我们测试的煤油打火机(虽然不是消费电子)外壳就是个很好的例子:既要耐高温,又要保证外观质量。

品牌实力:Polymaker的技术积淀

在文章快结尾前,我们有必要聊聊Polymaker这家公司。

作为最早专注于3D打印材料开发与生产的公司之一,Polymaker(聚复科技)在业内的地位不容小觑。

目前Polymaker已经建立了相当完整的产品体系:

通用功能材料系列覆盖PLA、PETG、ABS、PC、PA、TPU等主流材料;

Panchroma美学材料系列提供170+种配色选择;

Fiberon工程级复合材料系列专注高性能应用。

更重要的是,据AM易道了解,Polymaker的耗材产品已被广泛应用于汽车、航空航天、医疗器械及消费电子行业。

这些B端应用对材料性能的要求远比消费级严苛。

在整个测试过程中,Polymaker展现出的专业度让人印象深刻。

从最初的产品介绍到技术资料提供,再到测试过程中的技术支持,每个环节都相当专业。

这种专业度背后是多年技术积累和对行业的深度理解。

正如他们的品牌理念"Simplify Creation":

好的材料不应该给用户增加负担,而应该让创造变得更简单。

AM易道要提醒各位读者的是,正好赶上618大促,Polymaker新品给出了相当有诚意的价格。

根据促销消息,HT-PLA的82元尝鲜价,相比同等性能的工程塑料有明显优势。同样耐温性能的材料往往价格更高,而且打印难度也大得多。

HT-PLA-GF的98元定价,在玻纤增强材料中算是相当厚道。

特别是考虑到退火后可达ABS级别的热变形温度,而打印难度却比ABS低得多,这个价格相当有竞争力。

材料的改进空间

没有完美的材料,AM易道认为HT-PLA系列也有一些需要改进的地方。

HT-PLA目前拟推出十种纯色和四种渐变色,HT-PLA-GF有九种标准颜色,相比他家的Panchroma系列的170+种配色还是偏少。

夏天来了,AM易道希望未来能有更多颜色来适配更多注重外观的高温应用。

前文HT-PLA-GF还有个特殊问题,须使用硬化喷嘴,对于普通用户可能有一定门槛。

不过考虑到玻纤增强带来的性能提升,这个代价还是可以接受的。

还有AM易道需要提醒读者的是,玻纤耗材的断了的时候别直接用手摸断面,记得戴手套,以防肉眼难以发现的细微玻纤刺入皮肤。

最后是长期稳定性。

特别是紫外线耐候性方面,技术资料显示"未进行抗紫外线/耐候的材质改性,需进一步测试验证"。

我们的测试时间相对有限,材料在长期使用中的性能保持情况还需要更多数据验证。

写在最后:渐进式创新的力量

在3D打印材料的发展历程中,我们见证了太多技术的起伏。

有些材料因为过于超前而曲高和寡,有些则因为性能平庸而泯然众人。

真正能够改变行业面貌的,往往是那些在技术先进性和实用性之间找到最佳平衡点的产品。

从我们测试结果来看,150°C的耐温性能、保持PLA的易打印特性、高速打印能力,这些都不是空话。

Polymaker的高温PLA系列代表了一种更加务实的技术路线:

不求石破天惊,而是在现有框架内精雕细琢寻求最优解。

渐进如流水,润物细无声,这样的改进往往更易被市场接纳,更能推动行业前行。

上图由AI生成,上面文字标注与产品实际包装会有差异

AM易道预计,当广大用户拿到这些不再怕热的PLA时,创新的种子将在无数个全新应用场景生根发芽。

3D打印的应用边界,再次被拓展。

技术与生活的距离,再次被缩短。

在这个意义上,

高温PLA的价值,早已超越了材料本身。

25-05-27 10:50 本文为 AM易道 原创内容,如对内容有疑问,请联系我们:yihanzhong@amedao.com
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