高速PLA是個噱頭嗎？

魔猴君  知識堂   220天前

3D打印PLA材質，大部分人都了解，因為PLA是一種最基礎的打印材質，但如今有如此多的線材制造商在其材料上貼上“高速”標簽，這不禁讓人產生疑問：這是一個噱頭，還是有什么玄機？背后有科學依據(jù)嗎？

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

您可能想知道什么打印速度被認為是高速？答案各不相同，但一般來說，300毫米/秒及更快的速度被認為是高速。如今，更多FDM 3D打印機可以以這樣的速度運行。例如，Bambu Lab打印機的打印速度可達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600毫米/秒，而一些Original Prusa和Elegoo機器可以達到500毫米/秒。在專業(yè)桌面方面，Raise3D Pro3（使用專有材料）可以達到350毫米/秒。

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

什么是高速PLA？

與標準PLA耗材相比，Anycubic表示其高速PLA耗材具有更好的流動性和散熱性，可避免高速打印缺陷

（來源：Anycubic）

擠出過程中噴嘴的移動速度會影響3D打印零件的各種性能。高打印速度對控制其他打印參數(shù)（熱量、層高、流速、風扇速度等）提出了新的要求，并可能導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導致變形、尺寸精度降低和機械性能降低。

因此，雖然您可以以300毫米/秒的速度打印幾乎任何材料，但最終的質量卻是個問題。高速PLA的目標是讓您能夠更快地打印優(yōu)質零件。材料制造商表示，零件的層附著力、表面質量和整體機械性能是普通PLA和高速PLA之間會發(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主要目標是在更高的速度范圍內更一致地擠出，提供一致的表面光潔度和機械性能。您可能知道，最大打印速度越高，打印機在制造零件時產生的不同速度范圍就越大。

高速PLA的另一個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長絲在熱端停留的時間，因此需要對其進行配制以使其熔化得更快。這就提出了一種稱為“熔體流動指數(shù)”的聚合物測量方法。

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

熔體流動指數(shù)(MFI)–也稱為熔體質量流動速率(MFR)或熔體指數(shù)–是聚合物在擠出過程中經受一組特定溫度和壓力條件時的流動性的量度。MFI測試有固定的條件，通常由國際標準（例如ASTM或ISO）定義。

只有少數(shù)PLA制造商會在其長絲技術數(shù)據(jù)表中披露這一測量結果。也許，沒有人真正根據(jù)MFI數(shù)據(jù)購買長絲，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，以實現(xiàn)一定程度的質量控制并預測聚合物在各種應用中的性能，因為它可以影響最終零件的性能，例如機械強度、表面光潔度和尺寸穩(wěn)定性。

PLA是如何制成高速PLA的？

當今高速3D打印機上的高速3D打印需要經過優(yōu)化的材料以實現(xiàn)不同的性能（來源：PolyMaker）

索爾維特種聚合物公司的材料科學家布萊恩·亞歷山大（All3DP編輯顧問委員會成員）表示，有一些方法可以控制聚合物加工中的熔體強度、結晶速度和粘度，但這些通常是公司機密。“我們現(xiàn)在開始看到用于增材制造的專用或優(yōu)化等級的PLA，而不僅僅是采用標準注塑等級，”他說。

Alexander表示，為提高加工速度而對PLA進行改性可能是在標準PLA中添加添加劑的結果，或者是在聚合物生產之初（稱為反應器階段）進行調整的結果，在此階段發(fā)生化學反應以形成聚合物鏈。

然而，當聚合物針對速度進行優(yōu)化時，性能會發(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，該公司還分享了對該材料機械性能的研究。如下圖所示，使用PolySonic PLA Pro以300毫米/秒的速度制作的測試打印件的拉伸強度比使用PolyLite PLA以46.5毫米/秒的速度制作的相同零件的拉伸強度低12%。

誠然，PLA并不是一種因其機械強度而受到追捧的材料，而是主要用于具有高表面質量和細節(jié)的零件。PolyMaker對自己材料的測試表明，與標準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變?yōu)楣腆w。

在比較PLA與高速PLA的數(shù)據(jù)表時，您可以在測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，技術數(shù)據(jù)表和研究聲明都可能具有誤導性，尤其是當您使用它們來比較材料時。我們注意到，用高速材料打印的測試零件列出的機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，并進行快速沖擊（夏比或懸臂梁）測試，以了解零件如何斷裂，”亞歷山大指出。“沖擊測試會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度的影響。”

盡管進行了所有這些測量，您對高速PLA的體驗可能是獨一無二的。高速3D打印是材料、硬件和軟件以及零件幾何形狀的結合。

要測試打印速度，請下載打印速度測試模型。這些型號通常附帶有關如何設置正確設置的說明。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，使您可以直觀地識別最佳設置。

高速或大批量擠出PLA長絲的價格可能高達同一品牌普通PLA的兩倍，因此使用典型零件對系統(tǒng)進行實驗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