目前世界上使用广泛、用户多的3d打印技术是熔融丝材制造(FFF,Fused filament fabrication ) 或熔融沉积成型(FDM,Fused deposition modeling )技术,这两种技术实质是一样的。其打印使用的耗材主要是热塑性塑料,它的特点是加热时会熔化而可以塑形,冷却时会凝固而定形。
PLA(聚乳酸 )是FDM 3d打印最常用的耗材,是3d打印新手入门的首选的打印材料,也是当今高速打印首选的材料。
什么是PLA?
PLA是一种由化学式为 C3H4O2 (乳酸)的重复单体制成的生物可降解塑料,原料是玉米淀粉、木薯根和甘蔗等可再生资源。PLA的聚合方式有开环聚合或缩合聚合两种。与开环聚合工艺相比,缩合聚合法可生产出分子量较低的 PLA。由于能够生产出分子量较高的 PLA,因此开环聚合法成为生产 PLA 的首选方法。
PLA 在适当条件下可生物降解,并且通常被认为是食品安全的,因为它会分解回无毒的乳酸。然而,必须注意的是,PLA 不会在环境中自然降解,必须在特殊条件下进行堆肥,例如温度至少为 60℃,湿度为 90%,并且必须维持 60 至 90 天,PLA 才能分解成二氧化碳、乳酸和水。
PLA 的优点
易于打印。与其他材料相比,PLA 的熔化温度较低(约190-230℃),这意味着它可以在较低温度下打印,能很好地粘附在打印床上,部分打印平台甚至可以不用加热,就可以打印PLA。这降低了翘曲风险,更容易打印成功。
良好的打印质量。PLA材料收缩小,在快速熔化和快速冷却时也不容易翘曲开裂,打印的零件具有清晰的细节和光滑的表面,且尺寸稳定性好。因此PLA常用于制作外观件。
PLA吸湿性不高。通常PLA可以暴露在空气中存放一段时间,不需要单独的密闭干燥环境,这也降低了PLA的使用要求。但要将环境湿度控制在50%,最好是30%以内。太高的环境湿度仍然会使PLA吸水,最好将耗材放到干燥盒里。
环保安全。与 ABS、PA等其他塑料相比,PLA打印时不会散发任何难闻或有害的烟雾,在家里、办公室打印都很安全。PLA 是一种可生物降解的材料,可以在一定条件下自然分解,从而减少对环境的影响。
颜色和种类多样化。PLA是3d打印领域里面,颜色最丰富的材料,不仅仅是单色的多样化,而且一卷材料可以做成不同颜色,颜色的丰富在3D 打印产品中实现了更大的创造力和定制化。下图是国内某知名耗材厂家的PLA。PLA还可以加入添加剂形成更多类型的材料,例如PLA木塑、PLA青铜、PLA夜光、PLA荧光、PLA丝绸等,这些添加剂为打印零件提供了独特的纹理和外观。
机械性能。 PLA具有良好的抗拉强度、抗弯强度和刚度。
生产能耗低。 PLA 的熔点相对较低,仅为 165 ℃,因此与其他石油基塑料相比,生产 PLA 所需的能耗较低。
生物相容性。 PLA 对人体无毒。它可以长时间与皮肤接触而不会产生任何负面影响。PLA 的分解产物也是无毒的,它会降解为无害的乳酸。
食品安全。 PLA 无毒,并被 FDA认为是安全的。
PLA的缺点
1.耐热性差。PLA 的热变形温度较低(约 50-55℃,0.45MPa),这对3d打印机喷头组件和挤出机组件的散热提高了要求,也限制了3d打印机的使用环境,在超过40℃的环境温度下打印PLA通常容易因提前软化而堵料。这也意味着PLA打印的零件暴露在高温下会变软并失去形状,例如汽车挡风玻璃下的PLA手机支架,在室外太阳长时间照射后会变形。
2.柔韧性不佳。PLA 的柔韧性有限,在压力下容易开裂,甚至断裂。3.抗冲击强度低。不适合承受突然的冲击载荷,其产品跌落地上容易碎。4.疏水性。虽然疏水性在某些应用中可能是一种有益的特性,但它可能会在体内产生负面影响,例如局部肿胀。