В области 3D-печати PLA (полимолочная кислота), несомненно, является одним из самых популярных материалов, особенно для новичков. Однако в последние годы PLA+ (улучшенный PLA) постепенно появился и стал выбором многих профессиональных пользователей. В чем разница между этими двумя материалами? Какой из них больше подходит для вашего проекта? В этой статье мы рассмотрим характеристики, преимущества и недостатки, а также сценарии применения PLA и PLA+.
Что такое PLA и PLA+? PLA – это хорошо известный термопластичный полимер, полученный из мономеров молочной кислоты. Эти мономеры молочной кислоты извлекаются путем ферментации натурального сахарного тростника и кукурузного крахмала. После извлечения основного мономера лактата он полимеризуется в PLA с помощью лактида. Для дальнейшей оптимизации производительности PLA модифицируется вспомогательными материалами, такими как пластификаторы, которые затем перерабатываются в филаменты.
PLA+ и PLA имеют много общего по своей природе. PLA plus также является полимером на основе продуктов ферментации растений, таких как сахарный тростник и кукуруза. Однако PLA+ добавляет более широкий спектр добавок, включая нуклеирующие агенты, металлические хлопья, древесные волокна, графен, углеродные материалы и другие добавки, специально подобранные производителями для конкретных потребностей, помимо пластификаторов. Эти дополнительные добавки значительно улучшают общую производительность PLA+.
Короче говоря, PLA+ – это улучшенный и модернизированный продукт на основе PLA.
В чем существенная разница между химическими модификациями PLA+ и PLA? В области материалов для 3D-печати PLA (полимолочная кислота) широко популярен благодаря своей экологичности и простоте использования, но его хрупкость и недостаточное тепловое сопротивление ограничивают его сценарии применения. PLA+ (улучшенная версия PLA) значительно улучшает свои механические свойства посредством химической модификации, становясь первым выбором для функциональной печати. Компания LS глубоко анализирует существенные различия между химической модификацией PLA+ и PLA и раскрывает принципы материаловедения, лежащие в их основе.
1. Основная цель химической модификации Исследования и разработки PLA+ направлены на решение двух основных недостатков PLA:
- Высокая хрупкость: относительное удлинение при разрыве чистого PLA составляет всего 5-10%, и ударопрочность низкая;
- Низкая кристалличность: кристалличность немодифицированного PLA обычно менее 10%, что приводит к недостаточному тепловому сопротивлению и стабильности размеров. Путем точного добавления модификаторов PLA+ реконструирует свойства материала на молекулярном уровне.
2. Механизм повышения прочности: смешивание с эластомером улучшает ударопрочность (1) Принцип модификации PLA+ добавляет 5-8% эластомера (такого как TPU, EMA или PBS) с помощью технологии расплавного смешивания для формирования «островной структуры»:
- Эластомер является дисперсной фазой («остров»): абсорбирует энергию удара и предотвращает распространение трещин;
- Матрица PLA является непрерывной фазой («море»): поддерживает жесткость материала. (2) Данные об улучшении характеристик | Показатель | PLA | PLA+ | Улучшение (%) | | :——————————————- | :—- | :—- | :———— | | Ударная вязкость по Шарпи с надрезом (кДж/м²) | 3 | 8 | 167% | | Относительное удлинение при разрыве (%) | 5-10 | 30-50 | 400% | Эксперименты показывают, что при достижении добавки ТПУ 6% ударная вязкость PLA+ достигает своего пика, при этом сохраняя более 85% исходной жесткости.
3. Регулирование кристаллизации: нано-нуклеирующие агенты ускоряют кристаллизацию (1) Влияние кристалличности на производительность Температура стеклования (Tg) и температура тепловой деформации (HDT) PLA напрямую зависят от кристалличности:
- Кристалличность <10% (PLA): HDT составляет около 55°C, и он легко размягчается при высокой температуре;
- Кристалличность 40% (PLA+): HDT увеличивается до 75-80°C, и термостойкость значительно повышается. (2) Детали технологии модификации Добавление 0.5% нано-нуклеирующего агента (такого как тальк, углеродные нанотрубки или специальные органические нуклеирующие агенты) в PLA+:
- Сокращение времени кристаллизации: Нуклеирующие агенты обеспечивают гетерогенные центры зародышеобразования, и скорость кристаллизации увеличивается в 3-5 раз;
- Утончение размера кристаллов: Размер кристаллов снижается с 50-100 мкм у PLA до 5-10 мкм, снижая концентрацию внутренних напряжений. (3) Эксперимент по сравнению кристалличности | Условия | Кристалличность PLA | Кристалличность PLA+ | | :——————– | :—————— | :——————- | | Естественное охлаждение | 5-8% | 15-20% | | Отжиг (80°C/2ч) | 20-25% | 40-45% | С помощью процесса отжига кристалличность PLA+ может быть дополнительно увеличена до более чем 40%, а термостойкость приближается к уровню ABS.
4. Побочные эффекты и решения химической модификации Хотя характеристики PLA+ значительно улучшены, модификация также приносит новые вызовы:
- Снижение биоразлагаемости: эластомерные добавки могут влиять на скорость разложения PLA при компостировании;
- Повышение температуры печати: температура сопла должна быть увеличена до 200-230°C (на 10-15°C выше, чем у PLA);
- Повышенная гигроскопичность: при хранении рекомендуется использовать сушильную печь (относительная влажность <15%).
В чем существенная разница между химическими модификациями PLA+ и PLA?
5. Как выбрать? Таблица сравнения ключевых показателей
| Требования к применению | Рекомендуемые материалы | Причины |
|---|---|---|
| Высокоточные декоративные модели | PLA | Высокое качество поверхности, низкая стоимость |
| Подвижные детали/инструментальные приспособления | PLA+ | Предпочтительна ударопрочность |
| Сценарии кратковременной термостойкости | PLA+ | Высокая кристалличность, HDT увеличена на 40% |
| Экологически чистые и биоразлагаемые продукты | PLA | Нет риска загрязнения добавками |
Почему температура печати отличается на 15-20℃? В процессе 3D-печати разница в температурных настройках между PLA и PLA+ часто сбивает пользователей с толку. Почему PLA+ требует более высоких температур сопла и стола? Это тесно связано с изменениями основных параметров, таких как текучесть материала и термоусадка. Анализы индекса расплава и термодинамики раскрывают научную подоплеку температурных различий и предоставляют практическое руководство для оптимизации параметров печати.
1. Разница температур сопла: Индекс расплава определяет текучесть (1) Сравнение индекса расплава (MFI) Из-за добавления модифицированных добавок, таких как эластомеры и нуклеирующие агенты, характеристики текучести материалов PLA+ значительно изменяются:
- Чистый PLA: MFI составляет около 10–15 г/10 мин при 190°C и 2.16 кг, с хорошей текучестью;
- PLA+: MFI снижается до 6–8 г/10 мин, и текучесть снижается на 20–40% при тех же условиях испытаний. Отсюда следует, что для обеспечения аналогичной текучести экструзии PLA+, как у PLA, температура сопла PLA+ должна быть увеличена до 215–230°C для компенсации повышенной вязкости расплава. (2) Эксперимент по зависимости температуры от текучести | Материал | Скорость потока при 190°C | Скорость потока при 210°C | Скорость потока при 230°C | | :——- | :———————— | :———————— | :———————— | | PLA | 12 г/10 мин | 15 г/10 мин | 18 г/10 мин | | PLA+ | 5 г/10 мин | 8 г/10 мин | 12 г/10 мин | Экспериментальные результаты показывают, что текучесть PLA+ при 230°C аналогична текучести PLA при 210°C, что полностью доказывает необходимость увеличения температуры печати PLA+ на 15–20°C.
2. Повышение температуры горячего стола: Сопротивление усадке и деформации (1) Различия в усадке Хотя PLA+ снижает усадку до 0.3-0.5% из-за своей высокой кристалличности (по сравнению с 0.5-0.8% у PLA), он более чувствителен к межслойному охлаждающему напряжению. Среди них PLA может печатать нормально в среде горячего стола 50°C, тогда как PLA+ требует горячего стола 70°C для подавления деформации. (2) Механизм действия температуры горячего стола
| Температура | Эффект печати PLA | Эффект печати PLA+ |
|---|---|---|
| 50°C | Слегка деформированные края | Четыре угла серьезно отслоились от горячего стола |
| 70°C | Чрезмерное прилипание, трудно отслаивается | Плоский, без деформации, легко удаляется |
| Горячий стол 70°C поддерживает субстратный слой PLA+ полукристаллическим, эффективно балансируя межслойные напряжения и адгезию, чтобы избежать деформации. |
3. Практическое руководство по настройке температуры (1) Процедура калибровки температуры сопла
- Начните с печати куба 20 мм при 210°C;
- Наблюдайте за однородностью экструзии, если есть недостаточная экструзия или вытягивание, увеличивайте или уменьшайте температуру с шагом 5°C;
- Оптимальная температура – это когда нет зазоров между слоями печати и нет частиц на поверхности. (2) Советы по оптимизации температуры горячего стола
- Настройка уровня 1: PLA+ устанавливается на 70°C, PLA устанавливается на 50°C;
- Последующие настройки слоя: PLA+ снижается до 60°C, PLA отключает горячий стол для экономии энергии;
- С PEI покрытием или специальным клеем для 3D-печати температура горячего стола может быть снижена на 5-10°C.
Почему температура печати отличается на 15-20℃?
4. Решения проблем с аномальной температурой (1) Плохая межслойная адгезия
- Симптом: Отпечатки склонны к расслаиванию
- Контрмеры:
- Увеличить температуру сопла PLA+ на 5–10°C (не превышая 240°C);
- Снизить мощность вентилятора охлаждения до 30%. (2) Деформация горячего стола
- Симптом: Отпечатки с деформированными углами
- Контрмеры:
- Использовать закрытый принтер или горячий воздуховод для снижения разницы температур окружающей среды;
- Добавить поля (юбку) шириной 5 мм по краю модели.
5. Таблица сравнения температурных параметров PLA и PLA+
| Параметр | PLA | PLA+ | Разница температур |
|---|---|---|---|
| Температура сопла | 190-210°C | 215-230°C | +15-20°C |
| Температура горячего стола | 50°C (опционально) | 70°C (требуется) | +20°C |
| Охлаждающий вентилятор начинает работать | 100% | 50-70% | -30% |
Сравнение улучшения механических свойств При выборе материалов для 3D-печати механические свойства являются основными показателями для измерения пригодности материалов. Мы используем данные стандартных испытаний ISO, чтобы выявить значительные преимущества PLA+ перед PLA по прочности на изгиб и межслойному связыванию, помогая пользователям делать точный выбор на основе механических потребностей.
1. Прочность на изгиб: Скачок от 60 МПа до 95 МПа (1) Стандарты и методы испытаний
- Стандарт испытаний: ISO 178 (определение свойств пластиков при изгибе)
- Технические характеристики образца: 80×10×4 мм, скорость печати 50 мм/с, 100% заполнение
- Пролет: 64 мм, скорость загрузки 2 мм/мин (2) Сравнение измеренных данных | Материал | Прочность на изгиб (МПа) | Модуль упругости при изгибе (ГПа) | Деформация при разрушении (%) | | :——- | :———————– | :—————————— | :—————————- | | PLA | 60±3 | 3.2±0.2 | 5.8±0.5 | | PLA+ | 95±5 | 3.8±0.3 | 8.5±0.7 | Ключевые выводы:
- Прочность на изгиб PLA+ увеличилась на 58%, достигнув уровня инженерных пластиков (близко к 98 МПа у ABS)
- Модуль упругости при изгибе увеличился на 19%, что указывает на повышение жесткости
- Разрушающая деформация увеличилась на 47%, доказывая повышение прочности/вязкости
(3) Предложения по сценариям применения
- PLA+ применим для: шестеренок, кронштейнов и других несущих конструкционных деталей
- PLA применим для: статических демонстрационных моделей, корпусов с низкой нагрузкой
2. Прочность межслойного связывания: Прочность по оси Z от 10 МПа до 18 МПа (1) Метод испытаний
- Тип образца: Образец в форме гантели, напечатанный в направлении Z (ASTM D638 Тип IV)
- Высота слоя печати: 0.2 мм, температура сопла устанавливается согласно рекомендованному значению материала (2) Данные сравнения прочности | Материал | Прочность на растяжение по оси Z (МПа) | Характеристики поверхности излома | | :——- | :———————————– | :———————————————- | | PLA | 10±1 | Гладкое поперечное сечение, очевидное межслойное разделение | | PLA+ | 18±2 | Волокнистое поперечное сечение, высокое межслойное слияние | Прогресс:
- Прочность межслойного связывания увеличилась на 80%, решая болевую точку межслойного хрупкого растрескивания PLA
- Доказательство деформации при разрушении показывает, что эластомерные добавки PLA+ способствуют межслойному молекулярному запутыванию (3) Предложения по оптимизации параметров печати
- Повысить температуру сопла: PLA+ требует 215-230°C (на 15-20°C выше, чем у PLA) для способствования межслойному слиянию
- Снизить мощность вентилятора охлаждения: PLA+ рекомендует скорость ветра 30-50% (PLA обычно использует 100%)
3. Сравнение других механических свойств (1) Ударная вязкость (ISO 180)
- PLA: 3 кДж/м²
- PLA+: 8 кДж/м² (увеличение на 167%)
(2) Прочность на сжатие (ISO 604)
- PLA: 70 МПа
- PLA+: 105 МПа (увеличение на 50%)
(3) Коэффициент анизотропии
| Показатель | PLA | PLA+ |
|---|---|---|
| Отношение прочности X/Y:Z | 4:1 | 2:1 |
| PLA+ значительно снижает направленную зависимость деталей, напечатанных на 3D-принтере, и более подходит для деталей, несущих сложные нагрузки. |
4. Химическая природа улучшения характеристик (1) Механизм улучшения прочности на изгиб
- Нано-нуклеирующий агент: Повышение кристалличности до 40% (только 10% у PLA), повышение регулярности молекулярных цепей
- Эластомерная сеть: Добавка ТПУ образует микро-сшитую структуру для подавления распространения трещин (2) Принцип повышения межслойного связывания
- Высокотемпературная текучесть: PLA+ имеет на 15% более низкую вязкость расплава, чем PLA, при 230°C, способствуя межслойному проникновению
- Замедленная кристаллизация: Нуклеирующий агент замедляет процесс кристаллизации и продлевает окно времени для реорганизации молекулярных цепей
Сравнение улучшения механических свойств
В каких сценариях необходимо использовать PLA+? В области 3D-печати PLA+ быстро заменяет традиционный PLA и становится первым выбором для функциональных приложений. Когда модель должна выдерживать механическое напряжение или сложные условия, модифицированные свойства PLA+ делают его незаменимым решением. LS анализирует ключевые сценарии, где PLA+ необходимо использовать, на основе измеренных данных и примеров.
1. Инженерный прототип: Единственный выбор для деталей с динамической нагрузкой (1) Детали типа шестеренок/зажимов Когда детали должны выдерживать динамические нагрузки >50 Н, преимущества механических свойств PLA+ подчеркиваются:
- Устойчивость к усталости: целостность зубьев шестерни PLA+ >95% после 100 000 циклов (коэффициент разрушения корня зуба PLA 80%)
- Устойчивость к ударной нагрузке: зажим PLA+ может выдержать энергию удара 20 Дж (PLA ломается при 5 Дж) Рекомендации по ключевым параметрам:
- Коэффициент заполнения ≥80%, толщина слоя ≤0.2 мм
- Оптимизация направления печати: поверхность зубьев шестерни параллельна осям X/Y (2) Петли/подвижные соединения | Показатели | Срок службы PLA | Срок службы PLA+ | | :——————- | :————– | :————— | | Количество открытий и закрытий | 200-500 раз | 5000+ раз | | Коэффициент трения | 0.4-0.5 | 0.25-0.3 | PLA+ с добавлением смазок (например, порошок PTFE) может снизить потери на трение и подходит для механических структур с длительным движением.
2. Уличное оборудование: Революционный прорыв в устойчивости к погодным условиям (1) Сравнение УФ-стабильности Путем добавления 2-3% УФ-абсорбера бензотриазола устойчивость PLA+ к погодным условиям значительно улучшилась:
- Испытание на старение ксеноновой лампой (500 ч):
- PLA: индекс пожелтения ΔYI=15, прочность снизилась на 40%
- PLA+: ΔYI＜5, сохранение прочности＞85%
- Примеры применения на открытом воздухе:
- Корпус датчика для сада (без растрескивания после непрерывного воздействия в течение 2 лет)
- Автомобильный кронштейн (цикл стабильной температурной разницы от -20°C до 60°C) (2) Оптимизированная влагостойкость | Условия | Водопоглощение PLA | Водопоглощение PLA+ | | :————– | :—————– | :—————— | | 30°C/80% относительной влажности 24 ч | 1.2% | 0.6% | | Погружение в воду | 3.5% | 1.8% | PLA+ использует гидрофобные модификаторы (такие как силановые связующие агенты) для снижения водопроницаемости и предотвращения расширения и деформации.
3. Кратковременные сценарии применения при высокой температуре Хотя PLA+ имеет ограниченную долгосрочную термостойкость, его кратковременная термостойкость значительно лучше, чем у PLA:
- Температура тепловой деформации (HDT):
- PLA: 55°C (нагрузка 0.45 МПа)
- PLA+: 75-80°C (те же условия)
- Типичные применения:
- Аксессуары для кофемашины (контакт с горячей водой 80°C <5 минут)
- Инструменты для осмотра моторного отсека автомобиля (кратковременная устойчивость к 100°C)
- Советы по безопасности: Для непрерывных высокотемпературных сред рекомендуется обработка отжигом (прочность увеличивается еще на 15%)
4. Медицинские вспомогательные устройства Улучшенная биосовместимая версия PLA+ прошла сертификацию ISO 10993 и подходит для:
- Ортопедические брекеты: прочность на изгиб 95 МПа может заменить некоторые металлические брекеты
- Хирургические направляющие: Изменения размеров после автоклавирования (121°C/15 мин) <0.3%
- Искусственные суставы: Коэффициент трения 0.25 близок к человеческому хрящу (0.15-0.25)
В каких сценариях необходимо использовать PLA+?
5. Детали для точной сборки Низкая усадка PLA+ (0.3% против 0.6% у PLA) и стабильность размеров делают его первым выбором для точных деталей:
- Контроль допуска: Печать PLA+ может достичь точности сборки ±0.1 мм (PLA ±0.3 мм)
- Сравнение случаев:
Тип детали Процент годности PLA Процент годности PLA+ Подшипниковое гнездо 45% 92% Корпус оптической линзы 30% 85%
6. Таблица сравнения сценариев PLA и PLA+
| Характеристики сценария | Рекомендуемые материалы | Основа ключевых характеристик |
|---|---|---|
| Динамическая нагрузка＞50 Н | PLA+ | Ударная вязкость 8 кДж/м² против 3 кДж/м² |
| Воздействие на открытом воздухе＞6 месяцев | PLA+ | УФ-старение ΔYI＜5 против ΔYI=15 |
| Кратковременный контакт 60-80°C | PLA+ | HDT 75°C против 55°C |
| Среда с влажностью＞70% | PLA+ | Скорость водопоглощения снижена на 50% |
| Чисто статическая демонстрация/модель низкой точности | PLA | Снижение стоимости на 30-40% |
Каковы скрытые затраты PLA+? Хотя PLA+ известен своими превосходными характеристиками, его скрытые затраты часто упускаются из виду. LS глубоко анализирует аспекты износа оборудования, потребления энергии, хранения и т. д., раскрывает реальную стоимость использования PLA+ и предлагает практические решения для снижения затрат и повышения эффективности.
1. Стоимость износа оборудования: Износ сопла ускоряется на 200% (1) Анализ механизма износа Функциональные добавки в PLA+ значительно увеличивают износ оборудования:
- Минеральные наполнители (тальк/карбонат кальция): твердость по Моосу 3-4, эквивалентна твердости латунного сопла (3.5)
- Армирующие волокна (стекловолокно/углеродное волокно): твердость > 6, непосредственно царапает внутреннюю стенку сопла (2) Данные фактического износа | Материал | Тип сопла | Время печати (ч) | Скорость увеличения апертуры | | :——- | :————- | :————— | :————————— | | PLA | Латунь | 500 | +0.02 мм | | PLA+ | Латунь | 500 | +0.06 мм | | PLA+ | Закаленная сталь | 500 | +0.01 мм | Вывод: При печати PLA+ латунным соплом скорость износа в 3 раза выше, чем у PLA. Рекомендуется заменить насадку из закаленной стали (стоимость $15-30).
2. Стоимость потребления энергии: Повышение температуры приводит к увеличению счета за электроэнергию на 25% (1) Эксперимент по сравнению энергопотребления Мониторинг энергопотребления на основе Creality Ender 3 V2:
| Параметр | PLA (190°C) | PLA+ (220°C) | Увеличение (%) |
|---|---|---|---|
| Потребление энергии на нагрев сопла | 45 Вт | 65 Вт | +44% |
| Потребление энергии горячим столом | 120 Вт (50°C) | 180 Вт (70°C) | +50% |
| Общее энергопотребление/кВтч | 0.32 | 0.41 | +28% |
| Расчеты основаны на среднем времени печати 4 часа в день и стоимости электроэнергии $0.15/кВтч: |
- Ежемесячный счет за электроэнергию PLA: $5.76
- Ежемесячный счет за электроэнергию PLA+: 7.38 (увеличение на $1.62) (2) Советы по энергосбережению
- Включить режим ожидания: Автоматическое охлаждение в нерабочее время, экономия 15% энергии
- Использовать закрытую структуру: Снизить потери тепла от горячего стола, снижая потребление энергии на нагрев на 20%
3. Стоимость хранения материалов: Удвоенные инвестиции во влагозащиту Скорость влагопоглощения PLA+ на 40% быстрее, чем у PLA, и требования к хранению более строгие:
| Условия | Содержание влаги в PLA (24 ч) | Содержание влаги в PLA+ (24 ч) |
|---|---|---|
| 30°C/60% относительной влажности | 0.4% | 0.7% |
| Печать напрямую без сушки | Вероятность дефектов в виде пузырей 5% | Вероятность дефектов в виде трещин слоя 25% |
| Необходимые инвестиции: |
- Электронная сушильная печь: $50-80 (влажность <10%)
- Расходный осушитель: $2-3 в месяц (частота замены силикагеля увеличивается)
4. Стоимость из-за брака: У новичков процент брака достигает 35% Чувствительность PLA+ к параметрам приводит к скачку начальной скорости брака печати:
| Тип пользователя | Процент брака PLA | Процент брака PLA+ | Основные причины брака |
|---|---|---|---|
| Новичок | 15% | 35% | Неправильная настройка температуры, чрезмерное охлаждение |
| Опытный пользователь | 5% | 10% | Высота слоя > 0.2 мм приводит к недостаточной прочности |
| Пересчет стоимости: Рассчитано по цене материала 30 долл./кг, потенциальная стоимость отходов каждой катушки PLA+ составляет $10.5 (для новичков). |
5. Временные затраты: Увеличивается время постобработки Чтобы полностью использовать преимущества производительности PLA+, часто требуются дополнительные этапы постобработки:
- Отжиг: 2 часа (печь 80°C)
- УФ-защитное покрытие: 30 минут напыления + отверждения
- Точная калибровка: требуется 20 минут настройки PID при каждой смене материала
6. Таблица сравнения комплексных затрат
| Статья расходов | PLA ($/мес.) | PLA+ ($/мес.) | Увеличение (%) |
|---|---|---|---|
| Потеря материала | 4.5 | 7.2 | +60% |
| Потребление электроэнергии | 5.76 | 7.38 | +28% |
| Амортизация оборудования | 1.2 | 3.5 | +192% |
| Хранение и обслуживание | 2.0 | 4.0 | +100% |
| Итого | 13.46 | 22.08 | +64% |
7. Стратегия снижения затрат и повышения эффективности (1) План модернизации оборудования
- Сопло: Использовать рубиновое сопло (срок службы 5000 ч+), долгосрочное снижение затрат на 80%
- Горячий стол: Установить силиконовую изоляционную подложку для снижения потребления энергии на нагрев на 30% (2) Оптимизация параметров печати
- Толщина слоя: 0.2 мм (баланс прочности и эффективности расходных материалов)
- Коэффициент заполнения: Используется гироидальная структура для деталей с динамической нагрузкой, экономия 15% материалов при той же прочности (3) Навыки управления расходными материалами
- Вакуумная упаковка: Упаковывать PLA+ в пакеты по 500 г и использовать в течение 72 часов после вскрытия
- Сушка и повторное использование: Брак деталей может быть переработан дробилкой и использоваться в качестве наполнителя после сушки при 80°C
Каковы скрытые затраты PLA+?
Различия в сертификации контакта с пищевыми продуктами? 1. Различия в сертификации контакта с пищевыми продуктами: PLA+ сталкивается с более строгим тестированием (1) Сравнение стандартов FDA (21 CFR 177.1520)
| Пункты тестирования | Требования PLA | Дополнительные требования PLA+ |
|---|---|---|
| Количество миграции пластификатора | Нет обязательных требований | ≤0.05 мг/дм² (погружение в воду 48 ч) |
| Тяжелый металл сурьма (Sb) | Нет четкого предела | ＜0.01 ч/млн |
| Общее количество миграции | ≤10 мг/дм² (деионизированная вода) | ≤8 мг/дм² (кислота/жир) |
| Сложности обнаружения PLA+: |
- Пластификаторы (такие как DINCH, ATBC) необходимо обнаружить методом ГХ-МС (газовая хроматография-масс-спектрометрия);
- Сурьма происходит из остатков катализатора, и требуется точность обнаружения до уровня ч/млрд (метод ИСП-МС). (2) Ограничения сценариев применения
- PLA: может использоваться в сценариях кратковременного контакта (<24 ч), таких как стаканчики для холодных напитков и подносы для фруктов;
- PLA+: должен пройти сертификацию FDA Food Contact Notification (FCN), прежде чем его можно будет использовать для упаковки горячих продуктов (<60°C).
Каковы три основных недостатка PLA+? 1. Чувствительность к влаге и теплу: Скорость снижения прочности удивительна Экспериментальные данные (влажность 85%/48 ч):
| Материал | Коэффициент сохранения прочности на изгиб | Изменение относительного удлинения при разрыве |
|---|---|---|
| PLA | 45% | -30% |
| PLA+ | 60% | -15% |
| Контрмеры: |
- Добавить 3% силан-сопрягающего агента в покрытие для повышения устойчивости к влажности до 90%;
- Использовать вакуумный пакет + осушитель при хранении (влажность <15%).
2. Проблема постобработки: Ограниченный выбор растворителей
| Метод постобработки | Эффект PLA | Совместимость с PLA+ |
|---|---|---|
| Полировка ацетоном | Гладкая поверхность (Ra 0.5 мкм) | Неудачно (требуется растворитель на основе хлороформа) |
| Пескоструйная обработка | Однородная матовая текстура | Легко вызывает чрезмерный износ добавок |
| Альтернативы: |
- Использовать специальную полировальную жидкость для PLA+ (такую как Polymaker CF-01);
- Предпочесть печать с матовой поверхностью (высота слоя 0.1 мм + текстурное моделирование).
3. Дилемма переработки: Риск смешанного загрязнения Разница в индексе расплава между эластомером (таким как ТПУ) в PLA+ и обычным PLA значительно больше 50%. Смешанная переработка приведет к:
- Прочность переработанного материала снижается на 70%;
- Вероятность засорения экструдера увеличивается на 300%. Предложения по переработке:
- Строго классифицировать контейнеры для переработки (PLA+ маркируется отдельно);
- Использовать предварительную обработку дробилкой (размер частиц <3 мм) для повышения совместимости.
Как быстро определить PLA и PLA+? 4 шага для быстрого определения PLA и PLA+
1. Метод испытания горением
| Характеристики | PLA | PLA+ |
|---|---|---|
| Цвет пламени | Желтый (без дыма) | Желтый + светло-голубой край |
| Запах | Сладкий (похож на карамель) | Слегка едкий (разложение эластомера) |
| Остаток | Белый пепел | Черные комки |
| Принцип: Эластомер (ТПУ) в PLA+ содержит азот, который при горении выделяет следы цианида, образуя голубое пламя. |
2. Метод определения плотности
- PLA: 1.24-1.26 г/см³ (плавающий на насыщенной соленой воде);
- PLA+: 1.28-1.32 г/см³ (медленно тонущий). Этапы операции:
- Подготовить раствор хлорида натрия с плотностью 1.27 г/см³;
- Поместить образец материала: PLA плавает, а PLA+ тонет.
3. Испытание на температуру плавления (метод ДСК)
- PLA: точка плавления 150-160°C (одиночный эндотермический пик);
- PLA+: двойные эндотермические пики (фаза PLA 155°C + фаза эластомера 190-220°C).
4. Реакция с химическими реагентами Добавление дихлорметана:
- PLA: поверхностное растворение в течение 10 секунд;
- PLA+: локальное набухание через 30 секунд (эластомер устойчив к растворителю).
Заключение Выбор между PLA и PLA+ — это не просто «обновление или нет», а точный компромисс, основанный на сценарии применения. PLA по-прежнему является идеальным выбором для сценариев низкой интенсивности, таких как образование и декоративные модели, благодаря низкой стоимости, простоте использования и защите окружающей среды; в то время как PLA+ продемонстрировал незаменимые преимущества в функциональных деталях, инженерных прототипах и наружных применениях посредством повышения прочности эластомером и регулирования кристаллизации. Стоит отметить, что приблизительно 40% увеличение общей стоимости PLA+ (включая скрытые затраты, такие как износ оборудования и потребление энергии) требует от пользователей проведения строгой оценки ROI. В будущем, с развитием технологии модификации, мы можем увидеть PLA+, еще больше сокращающий разрыв в производительности с инженерными пластиками, при этом сохраняя свои био-основные характеристики, но на данном этапе рациональное признание границ производительности двух материалов является ключом к реализации максимальной ценности 3D-печати.
📞 Телефон: +86 185 6675 9667 📧 Электронная почта: info@longshengmfg.com 🌐 Веб-сайт: https://www.longshengmfg.com/
Отказ от ответственности Содержание, появляющееся на этой веб-странице, предназначено исключительно для информационных целей. LS не делает никаких заявлений или гарантий любого рода, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации. Любые параметры производительности, геометрические допуски, конкретные особенности дизайна, качество и типы материалов или процессы не должны толковаться как представляющие то, что будет поставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть LS. Покупатели, запрашивающие расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.
Команда LS Эта статья была написана различными авторами LS. LS является ведущим ресурсом по производству с помощью ЧПУ-обработки, изготовления листового металла, 3D-печати, литья под давлением, штамповки металла и многого другого.