Ý chính
- Cứng, dai và chịu nhiệt là ba trục riêng biệt. Không vật liệu nào trong nhóm này đứng đầu cả ba.
- PC nhạy với khía: va đập **có khía** của PolyLite PC chỉ 4,1 kJ/m², thấp hơn cả PLA. Loại PC đã pha hợp chất mới dai — 21,3 tới 25,8 kJ/m².
- PA6-GF là loại duy nhất giữ hình trên 150 °C, và cũng là loại mài đầu phun mạnh nhất.
- Cả nhóm này đều cần buồng kín và sấy. Chi phí thiết bị thường lớn hơn chênh lệch giá vật liệu.
Khi PETG và ABS không đủ, người ta thường nhảy thẳng tới con số lớn nhất trên bảng dữ liệu và mua loại đó. Đó là cách nhanh nhất để trả tiền cho một tính chất mà chi tiết của bạn không cần, đồng thời bỏ lỡ tính chất mà nó cần.
Nhóm vật liệu kỹ thuật có ba trục, và chúng gần như độc lập với nhau: độ cứng vững (chi tiết biến dạng bao nhiêu dưới tải), độ dai (chi tiết hấp thụ được bao nhiêu năng lượng trước khi vỡ), và trần nhiệt. Hãy chọn trục trước, rồi mới chọn vật liệu.
Năm ứng viên, cạnh nhau
| CoPA | PA6-CF20 | PA6-GF25 | PolyLite PC | PC-ABS | |
|---|---|---|---|---|---|
| Độ bền kéo | 78,0 MPa | 109,3 MPa | 80,1 MPa | 69,1 MPa | 39,9 MPa |
| Va đập có khía | 6,9 kJ/m² | 11,0 kJ/m² | 10,0 kJ/m² | 4,1 kJ/m² | 25,8 kJ/m² |
| HDT 0,45 MPa | 111 °C | 215 °C | 191 °C | 111 °C | 112 °C |
| Điểm mềm Vicat | 180 °C | 219 °C | 212 °C | 120 °C | 135 °C |
| Buồng kín | 45 °C | 50 °C | 55 °C | 50–60 °C | 45–55 °C |
| Đầu phun | Thường | Tôi cứng 0,4 | Tôi cứng 0,6 | Thường, 300 °C | Thường |
Hãy đọc hai hàng giữa cùng lúc. PA6-GF có mô đun uốn cao gấp năm lần PC Core, nhưng PC Core hấp thụ năng lượng va đập gấp năm lần PA6-GF. Chúng gần như là hai vật liệu đối nghịch, và không có con số nào trên bảng nói cho bạn biết loại nào “tốt hơn”.
Cứng nghĩa là không cong. Dai nghĩa là không vỡ. Rất ít vật liệu cho bạn cả hai.
PA12 — dai, và đó là toàn bộ điểm mạnh
Nylon không gia cường là vật liệu dẻo nhất trong nhóm này: nó uốn rất xa trước khi đứt. Nói thẳng một điều mà các bảng tra hay lấp liếm: không nhà sản xuất nào trong số các nguồn chúng tôi tra được công bố độ giãn dài cho nhóm nylon FDM, nên mọi con số kiểu “giãn 180 %” bạn đọc được ở đâu đó đều nên bị nghi ngờ. Nó cũng không cứng — nên nếu bạn thiết kế theo độ cứng vững thì nó sẽ làm bạn thất vọng. Nhưng với bản lề sống, khớp gài, và chi tiết chịu va lặp lại, không có gì trong danh mục thay được nó.
Điểm cần chú ý là co ngót 1,2 %, cao nhất nhóm. Chi tiết cần lắp khít phải in mẫu kiểm dung sai trước khi chạy lô.
PA-CF — chi tiết cơ khí dùng thật
Đây là vật liệu gần nhất mà một máy FDM chạm được tới chi tiết gia công CNC: Polymaker công bố mô đun trên 8 600 MPa và HDT 215 °C cho Fiberon PA6-CF20 (mẫu đã ủ nhiệt), cùng bề mặt tự bôi trơn ở chỗ trượt. Bánh răng, bạc lót và đồ gá sản xuất là sân nhà của nó.
Cái giá không nằm ở cuộn nhựa mà ở quy trình. PA-CF hút ẩm tới mức một buổi chiều để hở là đủ hỏng bài in, nên nó cần hộp sấy nóng chạy trong suốt quá trình in, không chỉ sấy trước. Chi tiết ở bài về PA-CF và bài sấy nhựa.
PA6-GF — khi nhiệt là ràng buộc thật
HDT 191 °C đưa PA6-GF ra khỏi cuộc so sánh với phần còn lại. Nếu chi tiết làm việc trong khoang động cơ, gần đầu phun của một máy khác, hoặc trong một tủ sấy công nghiệp, đây là lựa chọn duy nhất trong nhóm FDM.
Đổi lại là ba thứ: sợi thuỷ tinh mài đầu phun mạnh hơn sợi carbon nên cần mũi tôi cứng 0,6 mm; PA6 hút ẩm còn mạnh hơn PA12; và buồng kín phải giữ 55 °C, cao hơn phần lớn buồng kín gia đình làm được.
PC Core và PC Blend — va đập là ưu tiên số một
Đây là chỗ PC hay bị hiểu sai nhất. Polycarbonate nguyên khối nổi tiếng là chống va đập, nhưng chi tiết in có khía thì không: Polymaker công bố 4,1 kJ/m² cho PolyLite PC, thấp hơn cả PLA. PC nhạy với khía — còn nguyên vẹn thì cực dai, có sẵn một vết cắt thì nứt chạy thẳng. Cái nó chắc chắn có là độ cứng vững (mô đun kéo 2 497 MPa, độ bền uốn 106,1 MPa — cao nhất trong nhóm nhựa vô định hình) và HDT 111 °C. Với che chắn máy, vỏ đèn và khung chịu lực có nguy cơ bị va, nó là câu trả lời rõ ràng.
PC pha hợp chất là bản dễ in: nhiệt đầu phun và độ khó tụt về mức ABS. Và đây là điều bất ngờ trong số liệu — nó gần như không mất gì: Polymaker công bố PC-ABS đạt HDT 112 °C (PolyLite PC là 111 °C) và va đập có khía 25,8 kJ/m², tức là dai gấp sáu lần PC nguyên. Cái mất là độ bền kéo, 39,9 so với 69,1 MPa. Với phần lớn xưởng đang muốn đi lên từ ABS, đây là bước hợp lý hơn là nhảy thẳng vào PC Core.
Chọn theo việc phải làm
Bốn tình huống thường gặp
- Bánh răng, bạc lót, đồ gá sản xuất
- PA-CF — cứng vững, ổn định kích thước, tự bôi trơn
- Bản lề sống, khớp gài, chi tiết chịu va lặp lại
- Nylon không gia cường — dẻo nhất nhóm; hãy tự thử vì độ giãn dài không được công bố
- Chi tiết trong khoang động cơ, đồ gá làm việc nóng
- PA6-GF — HDT 191 °C
- Che chắn máy, vỏ đèn, khung có nguy cơ bị va
- PC pha hợp chất — 25,8 kJ/m² va đập có khía ở HDT 112 °C, chứ không phải PC nguyên
Chi phí thật của nhóm này
Chỉ số giá 2× đến 3× so với PLA là phần dễ thấy. Ba khoản còn lại thường lớn hơn:
- Thiết bị. Buồng kín giữ 50–55 °C, hộp sấy nóng chạy trong lúc in, hot end 300 °C, đầu phun tôi cứng. Đây là chi phí một lần nhưng không nhỏ, và thiếu bất kỳ món nào thì vật liệu không cho ra được thông số trên bảng dữ liệu.
- Tỉ lệ hỏng. Nhóm này có tỉ lệ hỏng cao hơn hẳn PLA và PETG, đặc biệt với chi tiết lớn. Hãy đưa con số thật của xưởng vào giá thành thay vì dùng một hệ số chung.
- Giờ máy. Tốc độ in 30–80 mm/s so với 60–150 của PLA. Một chi tiết có thể mất gấp đôi thời gian.
Điều đó không có nghĩa nhóm này đắt — nó có nghĩa là so sánh theo giá mỗi kilogram sẽ dẫn tới quyết định sai. Một chi tiết PA-CF thay được một chi tiết nhôm gia công thì chỉ số giá vật liệu không còn là biến số đáng kể. Cách tính đầy đủ nằm ở bài chi phí, và các phương án khi máy chưa đủ điều kiện nằm ở bảng thay thế vật liệu.
Câu hỏi thường gặp
Nylon hay polycarbonate bền hơn?
Tuỳ định nghĩa bền. PA6-GF25 có bền kéo 80,1 MPa và HDT 191 °C, nên nó chống biến dạng và chịu nóng tốt hơn nhiều. PolyLite PC lại chỉ đạt 4,1 kJ/m² va đập có khía so với 10,0 của PA6-GF25 — ngược với trực giác của phần lớn người dùng. Nếu bạn cần vừa dai vừa cứng, PC pha hợp chất mới là câu trả lời hơn nhiều. Với chi tiết chịu tải tĩnh thì chọn nylon gia cường; với chi tiết có nguy cơ bị va thì chọn PC.
Vật liệu FDM nào chịu nhiệt cao nhất trong danh mục này?
Nylon gia cường: PA6-CF20 đạt HDT 215 °C và PA6-GF25 đạt 191 °C trên mẫu đã ủ nhiệt, rồi mới tới PC ở 111 °C. Cả ba đều cần buồng kín, và hai loại pha sợi cần đầu phun tôi cứng. Với resin, High Temp Resin đạt 218 °C nhưng chỉ sau bước hậu xử lý nhiệt đầy đủ.
Có in được PA-CF hoặc PC trên máy khung hở không?
Không, với bất kỳ chi tiết nào có kích thước đáng kể. PA-CF cần buồng 50 °C và PC cần 50–60 °C; thiếu nhiệt buồng thì chi tiết cong ở góc hoặc tách lớp. PA6-GF còn khắt khe hơn với 55 °C. Nếu máy chưa có buồng kín, PETG-CF là phương án gần nhất nhưng thấp hơn nhiều về hiệu năng.
PC Blend khác PC Core ở đâu?
PC pha hợp chất được trộn để dễ in: nhiệt đầu phun 250–275 °C thay vì 265–300 °C, buồng kín 45–55 °C thay vì 50–60 °C. Theo số Polymaker công bố, nó gần như không mất nhiệt (112 so với 111 °C) và **dai hơn nhiều** khi có khía (25,8 so với 4,1 kJ/m²); cái phải trả là độ bền kéo, 39,9 so với 69,1 MPa. Chi tiết kJ/m² va đập, còn 40. Với phần lớn xưởng đi lên từ ABS, đó là đánh đổi hợp lý.
Vì sao PA12 mô đun thấp mà vẫn gọi là vật liệu kỹ thuật?
Vì độ cứng vững không phải tính chất duy nhất có giá trị kỹ thuật. Nylon không gia cường uốn rất xa trước khi đứt, nghĩa là nó sống sót qua hàng triệu chu kỳ uốn và qua những cú va làm vỡ mọi vật liệu cứng hơn. Bản lề sống và khớp gài cần đúng tính chất đó.