最常见3D材料既耐高温又能抗冲击？！挖挖P家配方

AM易道分享

硬核测试结果如下：
85度的密闭环境里，让3D打印件反复撞击钢板，直到它断掉。

ABS撑了161次。

普通PLA撑了162次。

而同一台机器上，PETG是261次，PC是426次。

而一卷叫HT-PLA Pro的耐高温PLA材料，864次才断。

你没看错，就是3D打印领域最普及用量最大的非金属材料，PLA.

这是Polymaker的测试结果。

这个数据指向一个3D打印反常识的新认知，里面蕴含新生意机会。

PLA不耐热的常规印象

PLA的玻璃化转变温度是59度。

这个数字，就是PLA不耐热这个印象的核心来源。

玻璃化转变只管一件事，关于非晶部分什么时候开始变软。

PLA是可结晶聚合物，熔点173度。

我们查阅得知晶体不吃玻璃化转变这一套，在不受力的情况下，得一直加热到接近熔点才会失去形状。

所以其实3D打印行业最常见的PLA材料的耐热天花板从不在60度。

问题只在于，里面的晶体在哪里。

麻烦就在这儿。

PLA有个老毛病，结晶速度极慢。

注塑件在模具里慢慢冷却，有足够时间结晶。

而FDM3D打印正好相反，熔体挤出来几秒钟就被风扇吹凉，晶体根本来不及生成。

于是打印出来的PLA件，绝大部分处在非晶态。

没有晶体，过了59度就软，拿到行业不耐高温的普遍印象一点不冤。

这不能算彻底的误会。

注塑级PLA的热变形温度本来就只有五十几度，靠退火提升PLA耐热也是行业用了十几年的老办法。

准确的说法是，PLA的耐热能力一直都在，只是一直没有被3D打印行业挖掘出其耐热潜力。

而现在，事情开始变得不一样。

（黄色： 退火后的 HT PLA PRO；棕色：PLA，蓝色：PETG）

（加热10多分钟时，约90℃）

（加热至100℃时）

让PLA来得及结晶

先看普通PLA。

它在降温过程中几乎不结晶，熔体冷下来就是冷下来了，晶体要等到二次加热到100度上下才慢慢长出来，这一步叫冷结晶。

也就是说，普通PLA打完就是非晶的，除非你事后再烤一遍。

再看Polymaker关于HT-PLA Pro的技术数据表里面有个容易被忽略的数字，正是结晶温度，129.98度。

普通PLA在降温过程中几乎不结晶，而HT-PLA Pro在从熔体冷下来的路上，130度附近就开始结晶。

也就是说，打印过程中就已经有相当程度的结晶发生，不需要像普通PLA那样完全依赖事后退火。

但从TDS推荐的退火条件（100°C/30min）和退火后HDT的大幅提升来看，打印后的结晶仍不完全，退火可以进一步提升耐热性能。

达成这一关键，我们猜测靠的是成核剂。

往熔体里加足够多的现成晶核，让结晶过程更快更容易出现。

这个原理，聚丙烯和PET行业用了几十年。

最难的是配比，加少了结晶快不起来，加多了晶体又碎又小，材料反而更脆。

同一份表上还有个数字值得看，HT-PLA Pro的熔点是173.35度。

这个数值落在普通PLA的常规区间里，本身平平无奇。

但它排除了一种可能。

学术界做耐热PLA最出名的路线叫立构复合，把左旋和右旋两种PLA混在一起，晶体熔点能到220度以上。

也就是说，220度以下的熔峰，倾向于说明HT-PLA Pro长的还是常规晶体。

技术路线的选择对3D打印广大用户来说很关键。

同时对于Polymaker这类知名品牌说，总是需要考虑用户的经济、实用、以及能够大批量供应。

上面这个段落是基于官方公开数值的判断，Polymaker并未披露耐高温PLA的具体配方和技术方案。

韧性与耐热之间的取舍

工程学总是伴随着取舍，结晶的问题解决了，新的问题有可能是材料变得更脆。

但我们查阅HT-PLA Pro的参数，它的断裂伸长率竟然是13%？！

这个数字远超我们想象，我们仔细从参数整体分析来看：

延展性高，强度和刚度略微降低，这是典型的软相增韧特征。

也就是说，比起其前几代产品，HT-PLA Pro的耐热和韧性都要兼顾，可以满足以耐热为主的绝大多数使用场景的受力要求。

800多次的冲击试验要证明的正是这点。

热环境里，工程塑料的优势缩水

回到开头那组数字，需要补一个结果。

同一组测试还跑了尼龙PA12，撑过6000次仍未断裂，测试被主动终止。

但它的样件测试中变形，几颗轴承脱落，热量传入的路径被改变，成绩有水分。

而高温冲击试验下，ABS和PETG的表现差强人意。

161和261次，和普通PLA的162次摆在一起，基本在同一个量级。

3D打印圈里ABS材料更耐用这条传统认知，至少在受热加反复冲击的工况下不成立。

3D打印农场主需要关注的账本

HT-PLA Pro的打印条件是喷嘴230度，热床25到65度，不用封箱，不用硬化喷嘴，最高300毫米每秒。

要耐高温抗冲击，若选择打印ABS材料，则要打印机封箱，还要处理气味和翘曲；

若选PC要260度以上加高温热床，若选尼龙也不易打。

对打印农场来说，以前报一个耐热功能件的价，得考虑工程塑料的打印难度和良率，以及工业级FDM设备的折旧。

现在PLA基材料就可以用，并且以前的设备就能胜任，能接的订单类型更多了。

我们从Polymaker官方商城看到有个评价。

有位用户给家里的面部蜡加热器打了个盖子，那机器要保持蜡的温度，一直很烫。

他用Bambu A1，拿普通PLA的切片预设改高了喷嘴温度，选用HT-PLA Pro材料，用了几天都没变形。

这类活以前完全没办法用PLA材料。

现在用这个材料，我们想到有很多应用场景。

发热设备旁边的非承载件。

3D打印机自己的导流罩和线材导管，台灯、投影仪、路由器、功放的支架与外壳。

车内件与儿童玩具。

手机支架、出风口卡扣、储物整理件，以及那些会被随手扔在车里的东西。

夏天车里的温度，正是那台测试机模拟的工况。

还有就是晒得到室内温度较高的空间。

窗台花盆托、窗帘配件、阳光房里的固定件。

生产现场的部分工装治具，无空调仓库、货车厢里的料盒和分拣件。

需要承力的场合，这个材料需要退火能够提升其受热状态下的力学性能。

如前文提到的，普通PLA虽然也可以通过退火处理提升其耐热性能，但退火过程容易产生形变和尺寸收缩。

关于背后原因，我们采访了Polymaker的技术专家，其提到原因有二：

一是普通PLA打印件几乎完全非晶，退火时需要大量结晶，伴随的体积收缩显著； 二是退火温度必须高于Tg才能触发冷结晶，而非晶区在Tg以上就已软化，材料在晶体长出来之前就已经丧失刚度，容易下垂和翘曲。 HT-PLA Pro在这两点上都有结构性优势。 首先，它在打印完成后已经有相当程度的结晶，这些晶体在退火时形成刚性骨架，即使非晶区在Tg以上软化，零件仍能维持形状。 其次，打印件已有的结晶度意味着退火时只需补充结晶，增量相变量小，体积收缩也相应更小。 此外，HT-PLA Pro的结晶速率显著高于普通PLA，缩短了高温停留时间。 叠加这三点因素，该材料在退火时相比普通PLA更能维持形状和尺寸的稳定性。

材料的能与不能

前面我们强调过，官方标称的维卡148度指的是不受力状态。

如要在受力条件下耐热，必须100度烤30分钟，负载热变形温度能从56.3度升到107.6度。

而同一份表上，退火后断裂伸长率和缺口冲击都有所下降。

如我们前文分析，耐热和韧性的取舍，退火就是那个开关。

还有几条边界是官方明确表明的，这也是我们对Polymaker这类优秀企业认可的点。

其表明抗紫外能力和普通PLA一样，户外长期暴晒不建议用。

不建议用于汽车引擎舱承载件，也没有食品接触和医疗认证。

还有官方材料的测试都是用ISO标准化样条达成的。

用户手里的3D打印件还要考虑设计结构因素，有可能实际体验比测试结果更优。

真正被这个测试推翻的，是PLA不耐热。

准确的版本只需要多三个字，没结晶的PLA不耐热。

对我们价值在于：

关于3D打印材料的判断，变成了关于3D打印材料制备工艺的判断。

过去十几年，PLA熔体从打印喷头出来，风扇吹上去，晶体还没来得及排好队，零件就凉透了。

Polymaker做的事，如果我们没猜错的话，把结晶这件事的时间表提前，让晶体在零件还躺在3D打印机热床上的时候就逐步诞生。

于是有些画面可以重新想一遍。

夏天下班钻进车里，仪表台上那个3D打印手机支架还是正的，没有耷拉成奇怪的角度。

后座上孩子昨天落下的玩具，车里闷了一整天，捡起来还是原来的形状。

书桌角落，投影仪旁边那个自己打的理线架，没有发软。

打印机自己的导流罩，几百小时的热风吹着，还能扛住。

这些3D打印件以前难有PLA的位置。

现在，换成HT-PLA Pro就行。

明天19号23：59分前，P家HT-PLA Pro限时活动，某宝搜htplapro，P家旗舰店，找KF报 【AM易道】，下单后有额外惊喜。真金白银的那种惊喜。