3D打印用聚碳酸酯(PC)耗材:强度、耐热、干燥及适用人群

聚碳酸酯带来了其他耗材所没有的什么

聚碳酸酯,通常简称PC,是面罩和坚固设备外壳背后的工程塑料。作为耗材,它面向必须同时承受实际载荷和实际高温的零件。Prusament称其PC Blend非常坚固、刚性高,即使在低温下也很坚韧,并具有良好的抗蠕变性能,蠕变指塑料在数周或数月持续受载时发生的缓慢变形。对于支架、夹具以及任何长期处于持续张力下的零件,这最后一项特性比人们预想的更重要。

在耐热性方面,两家厂商的数据表高度一致。Prusament给出PC Blend的耐温可达 113 °C。Polymaker的PolyMax PC数据表给出玻璃化转变温度为 113 °C,在 0.45 MPa 下的热变形温度为 114 °C。这些数值远高于PLA和PETG,对于靠近热源的零件,也高于ABS和ASA。

请注意,这两款产品都是为可打印性而配制的共混物,而不是纯聚碳酸酯。Polymaker还指出,其力学数据来自填充率为 100% 的试样,层间数值低于沿层方向的数值。打印出的PC零件仍然是分层结构的物体,其最薄弱的方向依然是沿层线的方向。

PC对你的打印机提出的温度和硬件要求

PC需要高温打印,这是第一道门槛。Polymaker规定PolyMax PC的喷嘴温度为 250 至 270 °C,热床温度为 90 至 105 °C。Prusament对PC Blend的要求更高:喷嘴 275 °C ± 10,热床 110 °C ± 10,并且明确要求使用热床。在订购料盘之前,请确认你的热端和热床能够持续数小时保持这些温度,而不只是短暂达到。

与PLA相比,零件冷却的做法正好相反。Polymaker要求完全关闭风扇。Prusament规定为 20%。无论哪种,用空气猛吹零件都会导致层间开裂。

最大的要求是外罩。Polymaker将能够保温的封闭式打印机列为硬性要求,强烈建议使用至少 70 °C 的主动加热腔体,并指出大型或致密的零件需要它。Prusament则宽松一些:建议使用裙边或外罩,并放在没有冷风的房间里。我们的3D打印机外罩指南介绍了封闭腔体究竟带来哪些改变。Prusament还指出不需要特殊的热端,并且PC Blend在打印时会散发明显的气味,因此请准备一个通风的房间。

受潮与干燥:两个品牌,两种答案

问PC是否需要干燥,不同品牌会给出不同的答案,这本身就说明了一些问题。Polymaker表示其PC吸湿速度略快于普通PLA,建议将料盘存放在干燥箱中,并给出 75 °C 下干燥 6 小时的干燥周期,仅在材料已经受潮时才需要。Prusament对PC Blend的说法则相反:它的吸湿性很低,打印前无需干燥。

这些与其说是矛盾,不如说是同一个通用名称下销售的两种不同配方。一条实用规则对两者都适用。刚从真空袋里取出的新料盘通常可以正常打印。在潮湿车库里开封数周的料盘,如果你看到气泡、听到喷嘴处有爆裂声,或者表面暗淡粗糙,就值得干燥一遍。我们的耗材干燥箱指南介绍了这些症状以及选购干燥箱时要注意什么。

关于干燥温度要提醒一点。许多为PLA设计的入门级干燥箱无法达到或保持 75 °C 的周期。在决定之前请检查你的设备的温度范围;除非你能确认烤箱的实际温度,否则不要使用厨房烤箱,因为温度过冲会让料盘熔成一整块。

翘边、开裂与热床附着力:PC的难点所在

PC有两个众所周知的特点:冷却时收缩剧烈,有时又粘得太牢。关于收缩,Prusament声称翘边比传统聚碳酸酯更轻,但提醒大型模型仍然容易翘边。该品牌给出的解决清单很具体:添加与模型等高的环形裙边,减少外壁圈数和填充,把模型放在热床中央,并让打印机远离气流。Polymaker补充说,加热腔体能把翘边和分层都降到最低,尤其是对大型或致密的零件。

附着力是PC Blend让人意外的地方。Prusament要求在PEI板(无论光面还是纹理)上涂一层固体胶作为隔离剂,否则零件可能粘得太牢,损坏打印表面。这与通常的逻辑正好相反,通常胶水是用来让零件粘住的。而Polymaker则推荐使用专用粘合剂Magigoo PC,它在热床升温时粘合,冷却后松开。

然后是沿层线的开裂。Polymaker将其归因于零件冷却过快,并建议让环境空气尽可能保持温暖,然后在打印一结束就对零件退火,在 90 °C 下保持 2 小时,以释放打印过程中积累的内应力。

PC与ABS和ASA对比:你的零件究竟需要哪一种

ABS和ASA是大多数爱好者已经熟悉的工程耗材。它们需要外罩和热床,耐热性也远好于PLA。那么为什么还要升级到PC?原因有两个:更高的耐温性,以及更高的刚性并兼具良好的抗蠕变性能。Prusament自己给出的例子是紧挨着热端的风扇导风罩,以及传递生产设备全部扭矩的传动件。

代价是对你的设备要求更高:更热的喷嘴和热床,几乎不用零件冷却,外罩从有帮助变为必不可少,还要在热床上使用隔离剂。ASA也保留了一项PC并不具备的优势:它在户外耐紫外线的名声,这对庭院用品或汽车零件很重要。如果你的零件在户外使用且不承受严重高温,ABS或ASA仍然是更明智的选择。

一条简单的规则:只要ABS或ASA够用,就先从它们开始。只有当零件在ABS下确实失效(软化或断裂)时,才换用PC。这样,只有在收益确实是你的应用用得上的情况下,你才需要承担额外的难度。

PC耗材适合谁,以及需要什么样的打印机

Prusament说得很直白:如果你是3D打印新手,就坚持使用PLA。PC Blend面向有经验的打印机用户,适用于需要坚韧耐用材料的原型和承受热或机械应力的功能性零件。Polymaker列出的用途是工程应用中的功能性原型、工装和最终使用零件。两家的信息一致:PC是生产用材料,不是用来入门学习的材料。

硬件方面,外罩是第一标准。按照Prusament的要求,出厂即带外罩、且能将喷嘴和热床加热到所需温度的打印机,就足以打印PC Blend。对于PolyMax PC,Polymaker建议使用主动加热的腔体,这就排除了大多数消费级机器,只能转向专业级设备或改装你现有的机器。我们的封闭式3D打印机指南列出了需要检查的项目。

在决定之前,把整套设备算一遍:一台性能足够的打印机、一台能达到 75 °C 的干燥箱、合适的粘合剂,以及料盘。入门成本高于PLA方案,我们的启动预算工具可以帮你判断它处于入门级和中端之间的哪个位置。最后,没有任何数据表能代替在你自己的几何形状上做试验。先打印一个小原型,在真实条件下检验,再批量打印。

资料来源与局限

• Polymaker — PolyMax PC
• Prusament — PC Blend

我们整理的是厂商和社区的文档，并未亲自测量这些产品。针对你具体型号的手册优先于一般性的指导。