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AM易道深度测评
有读者问:
你们打算拿什么设备测Polymaker的工业级耗材?
我们回复:热风枪、丁烷喷枪、酒精灯、泡沫小球、毛巾、表面电阻测试仪、几根皮筋,外加一台拓竹H2D。
对方沉默了三秒。
AM易道几乎没有什么专业测评设备,这事得先交代清楚。
但我们想验证的问题其实很朴素:
这些参数漂亮的工业耗材,中小企业没有专业设备能不能验证?
桌面级打印机真的打得动吗?官方说的那些性能是否靠谱?
测试对象是3D打印耗材龙头之一Polymaker家Fiberon产品线的两员新将:
PA612-ESD抗静电尼龙和PPS-GF20玻纤增强聚苯硫醚。
前者盯着电子半导体静电防护,后者用友好的价格逼近PEEK的耐高温表现。
测完之后得说,意外的是不是翻车,恰恰相反。
这些土办法测出来的结果,够看。
这让我们维持了对于Polymaker这个优秀品牌的高信赖。
这两款材料到底在解决什么问题
动手之前我们先搞明白了一件事:Polymaker为什么要做这两款材料?
PA612-ESD的故事得从传统ESD耗材的老毛病说起。
抗静电这事本身不难,往塑料里加导电填料就行,炭黑、导电纤维都是常见选择。
问题在于加少了不达标,加多了打印件表面往外掉黑粉。
普通车间可能无所谓,但半导体工厂的洁净环境里,掉粉等于事故。
Polymaker的解法是碳纳米管配合10%碳纤维,表面电阻稳定在10⁴–10⁷ Ω/sq。
基材选PA612而不是常见的PA6或PA66,因为PA612吸水性降低50%以上,打完尺寸更稳。
这个配方思路我们认为比较清晰:既要导电填料分散均匀不析出,又要基材本身少吸水不变形。
PPS-GF20的逻辑完全是另一条路。
它瞄准的是个老大难问题:需要耐高温、阻燃、耐腐蚀的场景,传统选项是PEEK或PEI。
但PEEK之类材料好是好,就是贵。
而且不光耗材贵,还得配专业高温打印机,门槛叠门槛。
PPS聚苯硫醚本身是个狠角色,200℃以下几乎找不到能溶解它的溶剂,天生UL94 V0阻燃。
Polymaker往里加了20%玻璃纤维做增强,热变形温度直接干到230℃以上。
这里有个细节值得注意:为什么用玻纤不用碳纤?因为碳纤维导电,玻纤绝缘。
这个选择决定了PPS-GF20能用在射频穿透、高压电气这些碳纤材料碰不了的场景。
两款材料定位泾渭分明,一个解决静电防护和洁净度的两难,一个解决高性能和高门槛的矛盾。
搞清楚这些,后面的测试我们尽量能做到有的放矢。
PA612-ESD:泡沫球不会说谎
最直观的测试先来。
打印两根一样规格的圆棒,一根黑色PA612-ESD,一根灰色普通PLA做对照。
毛巾摩擦之后分别靠近泡沫小球。
PLA圆棒瞬间吸了一堆,PA612-ESD面前的小球纹丝不动。
这测试看着儿戏,但验证的是抗静电最核心的能力:静电耗散。
PLA是绝缘体,摩擦产生的电荷导不走,自然会吸附轻质物体。
PA612-ESD表面电阻处于静电耗散区间,电荷慢慢释放,积累不到能产生吸附力的程度。
抗静电这事,泡沫球比数据表更直观。
数据也得有。
我们打印了25cm×25cm的大面积薄板(首先验证了首层打印的成功),模拟工业场景的大尺寸零件。
表面电阻测试仪一测,PA612-ESD各区域稳定在10⁶-10⁷Ω的静电耗散区间,和官方标称基本吻合,分布均匀,没有局部失效的情况。
接下来是我们最关心的:洁净度。
用洁净纸巾反复擦PA612-ESD打印件表面,然后仔细看纸巾:
干干净净,没有黑色粉末,没有杂质。
这说明导电填料确实分散均匀、结合牢固,不会在使用中析出。
对半导体、电子制造这些对洁净度有硬要求的行业来说,这一点是能不能用的分水岭。
耐温测试继续简单粗暴。
打了根10mm×2mm×160mm的扁条,热风枪伺候。
160℃时轻微形变,加到200℃也没有明显软化或断裂。
官方标称热变形温度157℃(0.45MPa),实测对得上。
这个耐温能力意味着焊锡夹具、电子设备装配这些有温度要求的场景,它能扛。
打印本身没什么波折。
官方推荐参数280-300℃喷嘴、40-50℃热床,直接用就行。
进料顺畅,没堵头,打印件表面光滑,尺寸精度高,装配也很顺利。
锡纸内袋加纸质料盘的包装对防潮有帮助,PA612虽然比PA6吸水性低很多,存放时还是注意保持干燥为好。
有一点必须提醒:含碳纤维的材料必须用硬化钢喷嘴,黄铜喷嘴撑不了几卷。
别问我们是怎么知道的。
PPS-GF20:喷火枪验阻燃
这款材料的看点更多,我们给它的测试项目也多一些。
先说打印性。310-350℃喷嘴温度,80-90℃热床,这温度要求确实比一般材料高,但H2D跑下来没问题。
全程进料均匀,没异味,没堵头,也没出现玻纤团聚的情况。
优秀的桌面级打印机能稳定驾驭。
耐温测试,同样规格的扁条,直接火烤依然十分坚挺。
下图灰色是PPSGF,红色对照组的常规PETG。
官方数据说经过130℃退火后热变形温度能到236.3℃(0.45MPa),我们的土法测试在材料没有退火的情况下验证至少都超过了200℃。
真要追求极限耐温,按官方建议做退火处理就是。
阻燃测试用了对比法。
分别点燃PPS-GF20和PETG的丝材,差距一目了然:
对比组的PETG(红色样条)点着之后火势不小,而且滴落的熔融物继续燃烧,在实际应用中这是很大的安全隐患。
而灰色样条的PPS-GF20呢?
离火即灭,丝毫没有滴落,UL94 V0的阻燃目测表现名副其实。
这种阻燃性是PPS基材天生的,不用额外加阻燃剂。
而绝缘性能是PPS-GF20相对碳纤维材料的核心优势。
2mm厚的打印件击穿电压12.1kV(换算后介电强度6.05 kV/mm),介电常数2.71@1MHz。
这数据意味着高压电气结构件、绝缘夹具这类场景完全能用,而且在高频应用中表现稳定。换成碳纤维增强材料,这些场景想都别想。
耗材同样需要硬化钢喷嘴,黄铜的磨损会很快。
PPS-GF20:皮筋测试刚性
刚性测试我们用了个土得掉渣但较为直观的办法。
把PPS-GF20(灰色)和PETG(红色)分别打印成同规格样条,用两根一样的橡皮筋固定在相同位置,一端固定,另一端同时往后拉。
结果肉眼可见:
同样的力道下,PPS-GF20只是微微弯了个弧度,PETG已经弯成了虾。
这测试放专业实验室可能会被笑,但胜在直观,20%玻纤增强带来的刚性提升,不用看数据表也能感受到。
PPS-GF20:正面硬刚马口铁易拉罐这个强度谁与争锋
刚性验证完,接下来验证实战强度。光看数据有点干,来点刺激的。
正好手边有个刚喝完的易拉罐,我们用PPS-GF20打印了一根尖头棍,就是那种随身携带应对突发状况的小工具。
这东西关键时刻要是掉链子,后果不堪设想。
那就拿易拉罐试试它的硬度。
三,二,一,破。
马口铁被击穿,酷棍毫发无损。
4552MPa的杨氏模量不是写着玩的。
由PPSGF-20打印的酷棍则毫发无损,令人印象极其深刻。
马口铁认输,酷棍完胜。
PPS-GF20:不但常温够硬更是烈火英雄
常温够硬,高温呢?
我们用PPS-GF20和PETG分别打印了同规格的挂钩,尾环拴上皮筋施加拉力,然后架在酒精灯上烤。
这个测试模拟的是高温受力环境下的稳定性,比如发动机周边零件、工业烘道支架这类场景,零件不光要耐得住温度,还得在温度下保持结构强度。
结果没什么悬念,PETG(红色)的挂钩开始软化下垂的时候,PPS-GF20(灰色)还纹丝不动。
这个拍摄角度可能显得我们偏袒PPS-GF20,但实际上我们多次测试的结果是没有任何悬念的。
选型指南:别买错了,两款材料定位不同,买错就是浪费
PA612-ESD的主场在这里:
电子和半导体行业的ESD防护是它的绝对领地。
芯片托盘、电子元件外壳、PCB存储盒、焊锡夹具、流水线配件,这些场景既要静电防护又不能掉粉污染,PA612-ESD几乎是量身定做。
精密零件制造也适合。PA612低吸水的特性让打印后尺寸稳定,不容易因为环境湿度变化出现形变,对装配精度有要求的场景很友好。
157℃的热变形温度覆盖大多数电子制造场景。
但要注意一点,PA612-ESD没有通过UL94 V0阻燃认证。需要阻燃的场景,它不是正确答案。
PPS-GF20的主场在这里:
高温环境是它的绝对优势区。
烤箱配件、发动机周边零件、工业烘道支架、热源周边结构件,这些需要在200℃以上长期工作的场景,以前要么上PEEK要么上PEI,现在PPS-GF20提供了一个成本低、打印门槛也低的替代选项。
高危和腐蚀环境也是它的菜。
化工设备配件、有明火风险的车间结构件、需要耐酸碱耐油的零件,UL94 V0阻燃加上出色的化学稳定性,复杂工况它扛得住。
绝缘特性是相对碳纤维材料的独特优势。
高压电气夹具、5G基站结构件、ADAS传感器外壳、无人机机身这类需要射频穿透或电气绝缘的应用,碳纤维材料做不了,PPS-GF20能做。
但也得承认,玻纤增强虽然改善了PPS的脆性,韧性跟碳纤维材料比还是弱一些。有冲击载荷的场景需要谨慎评估。
两款材料都必须用硬化钢喷嘴,这点再强调一遍。
土法测评的底气和勇气
关于测试方法这件事。
专业设备当然好,但专业设备测出来的往往是标准试样、标准条件下的理想值。
对实际用户来说,更实在的问题是:我的打印机能不能用?我的应用场景表现如何?
用打火机测阻燃、用泡沫球测抗静电、用热风枪测耐温、用台钳测强度,这些方法确实土,但验证的恰恰是材料在真实条件下的表现。
土法测试结果跟官方材料所呈现的预期咬得紧,反而让人对这材料更有信心。
关于工业级材料民主化这件事。
PA612-ESD和PPS-GF20代表的其实是一个趋势,把高性能材料的门槛往下拉。
以前想用工业级耗材,要么价格劝退,要么设备劝退,要么两个一起劝退。
现在三四千的桌面机配合几十美元的Fiberon耗材,就能打出热变形温度超230℃、UL94 V0阻燃的零件,或者打出不掉粉、耐157℃的ESD零件。
对中小企业和个人用户来说,工业级零件制造的可能性确实被拓宽了。
不是每个需要耐高温的场景都必须上PEEK,不是每个需要抗静电的应用都必须忍受掉粉。
当然没有完美材料,只有合适的材料。选型紧扣实际需求,才是正道。
如果在耗材选型、打印应用、评测结果上有疑问,评论区见。
也欢迎吐槽我们的评测方法或提供更多更土的方法。
提前祝各位读者元旦快乐。
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