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清华BluePHA新型3D打印耗材测试

时间:2015-05-01 09:30    来源: 网络投稿     作者: 佚名
    去年开始,伴随FDM桌面级3D打印机在国内已开始普及起来,涌现出一大批3D打印所使用的耗材,最常见的是PLA、ABS,其他的有尼龙、竹纤维、水溶性及各类PLA改制的夜光、金属类等耗材,极大的丰富了我们创作的范围,但是当我们要打印个可以直接使用的一次性杯子、饭盒或者突发奇想打印一个可以浇铸巧克力的模具的时候,以上那些耗材或多或少都不合适,PLA在80℃的水里直接变软、其他工程塑料又不能与食品接触。
    对于这些问题,清华BluePHA团队(注:多种新型生物塑料提供商)推出一种新型3D打印生物材料PHA,兼容PLA的无毒、可降解等大部分性能,同时熔点可以保持在120℃以上。(度娘说:聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种全生物合成的材料,具有全生物降解性、生物亲和性,特别适合在食品包装、医用组织工程、可穿戴设备等人体直接接触领域应用。)那么今天我们就可测试一下这么给力的材料打印效果到底怎么样呢!

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BluePHA耗材的直径测试:
    测量时,随机选出第一个测量点,然后相距1m距离处即为第二、三测量点,在每个测量点分别测出夹角180℃的两组数据。

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根据测量数据得知:
(1)在测试耗材标准直径为1.75mm,实际直径如图所示最大偏差为1.72mm,误差率为1.7%,相比国内目前常见3%的偏差要低,打印设置耗材直径参数应该注意。
(2)测试耗材圆度最大偏差率为1.1%,完全满足3D打印需要。

模型打印测试
一 我们选用一款使用较多且性能稳定的3D打印机作为本次测试机型,选用原厂所配PLA耗材作为对比。


图片9.png

该3D打印机基本参数
图片8.png
二 模型测试
(1)打印温度测试,
填装耗材后,设定温度240℃进行送丝,发现出丝有小气包出现,温度明显过高,以五℃为单量逐渐降温直出丝流畅润滑无气泡,此时温度220℃。继续降温至185℃,出丝阻力明显增大,耗材进丝缓慢。
喷头温度和打印速度分别以215℃  60mm/s 、  205℃  40mm/s   、 195℃   20mm/s参数打印单壁模型上中下三部分,效果如图:

图片1.jpg

该耗材适合打印温度195℃-215℃,随打印速度增大而提高。
(2)在相同打印速度40mm/s分别打印原厂PLA和测试耗材PHA,打印桥接、悬垂、正负空间性能和支撑模型,比较其打印效果。
相同模型切片参数
层厚0.2mm  壁厚0.4mm  填充15%   打印速度40mm/s  
填充速度80mm/s   工作台温度50℃
两种材料最佳参数
PLA  210 ℃     回抽速度50mm/s    回抽距离6mm
PHA  205 ℃     回抽速度50mm/s    回抽距离3mm
桥接模型测试
检查五个桥接是否有边缘线材垂下或悬挂的塑料丝

图片2.jpg

两种材料均可以完整打印桥接模型,相比只在第五层出现下坠现象的PLA,PHA在第四层就已经出现,在第五层比较明显。
悬垂表现测试
    测量30℃、45℃、60℃、70℃的悬垂结构,看看有没有下垂的线材边缘、挤出时的晃动、溢出的塑料丝。

图片3.jpg

两种材料均可以完整打印模型,且打印效果良好,均从60℃ 斜角开始出现褶皱。
正空间测试
藉由层积的尖塔来进行质量评估。

图片4.jpg

对比两种材料打印效果,PHA未打印出塔尖部分且拉丝情况明显,而PLA成型效果好,基本没有出现拉丝情况。
负空间测试
不使用任何的工具把固定的管脚拿出。

图片5.jpg

两种材料成型完整,都可以取出四个管脚,说明在打印过程中两种材料收缩率相似,都非常小,PHA同样非常适合3D打印。
支撑测试

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图片7.jpg

两种材料均可以完整打印模型,且打印效果良好,支撑均非常容易去除,残余量非常少。但是PLA打印效果非常细腻润滑,手感非常不错,PHA打印效果比较粗糙,不够致密。
总的来说:
1.作为一种新型3D打印耗材PHA,其相比PLA最大优势在于耐热温度高达120℃以上,完全可以容纳热水和一般的熟食,打印日常用具可以直接使用。
2.本次测试耗材PHA,完全可以满足一般的打印需求,对于复杂模型成型效果与PLA近似,支撑去除容易,但是打印模型表面粗糙,而PLA表面更加致密细腻。PHA粘度较大,相应在细小结构成型效果差,更容易出现拉丝现象。
3. 作为一种全生物合成的材料,PHA独特的全生物降解性、生物亲和性,使得PHA打印可直接用于食品模具、医疗器材、可穿戴设备等领域,应用前景广泛。

小编也从BluePHA了解到,PHA材料包括短链和中长链PHA,均聚PHA和不同单体比例的共聚PHA等,与PLA相比各项性能指标更加多变可控;目前,BluePHA正在研发新一代加工成型性能、机械性能等更好的PHA打印丝,致力于开发PHA材料在3D打印,特别是食品、医用、可穿戴3D打印中的应用。
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