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3D 打印 ABS(和其他塑料)的热降解

我的问题的简短版本是:

ABS 制成的 3D 打印部件在80℃的培养箱中能否存活一年

请继续阅读以了解更多详情。

我正在打印一些将在实验室培养箱内使用的部件。它们很可能在 80℃ 下使用至少一年,甚至可能在比这更高的温度下使用。 (但很可能低于 100℃。)

我们目前正在为这些部件使用 ABS。我的问题是 3D 打印的 ABS 在这些条件下是否会降解。 (例如:它会变软和塌陷吗?它会变色吗?它会变脆吗?)这些部件夹在一起形成一个相当大的物体,它基本上是一个装有很多玻璃瓶的架子,所以它保持不动很重要僵硬。

我确实找到了一些关于 ABS 热降解的论文(例如这一篇看起来很全面),但我没有经验来解释我的零件在实际中的表现。我也不确定 3D 打印是否会有所作为。

如果 ABS 不适合这种应用,还有其他塑料吗?我们使用的是 Zortrax M200,因此我们的选择是此处列出的塑料。我注意到 PCABS 被列为特别耐高温,所以我们可能会采用它 - 但如果它可以工作,我们更喜欢 ABS,因为它是白色而不是象牙色(这对我们的应用很重要),我们有很多其中可用。


更新:我们最终认为使用 ABS 风险太大,所以我们选择了 PCABS,我们只接受黄色。 (我们可能会把它涂成白色。)它目前正在烤箱中进行测试,如果几周后它没有失败,我们将冒险用这种材料进行为期一年的实验。但是,我们仍然非常感谢任何对这种情况有具体知识或经验的人的建议。

印刷塑料通常具有广泛的玻璃化转变温度,制造商可以根据需要改变塑料成分,因此除非您尝试,否则您无法确定您的塑料是否会存活。
@ZuOverture 问题在于尝试它需要等待一年才能查看整个实验是否失败。这就是为什么我希望利用这个社区的知识和经验。 80 度远低于 ABS 的玻璃化转变温度 - 我更担心可能发生的氧化和其他化学变化。
从抽象来看,降解的主要原因似乎是氧化,我认为它在开始时没有温度限制,低于它可以忽略不计。不,氧化会在 80C 发生,只是比 112C 慢一点。我在摘要中没有看到任何时间尺度,但它应该是全文。如果没有人可以获取这篇文章,您可以考虑在使用过程中进行测试。打印两个机架,使用时间必须不同,但您只能使用较年轻的机架,并在较旧的机架上寻找退化迹象。几个星期可能足以开始。 (我希望你不要使用紫外线)
我可以访问全文(我没有意识到它是付费墙),但问题是它主要针对诸如“影响强度”或“与免费量站点数量相关的 oPs 强度 I_3 (%)”之类的时间绘制时间,我不知道如何解释我的应用程序。他们主要关注在120℃下烹饪的样品,时间尺度似乎在数百小时内。 (即几个星期左右就可以了。)如果在 80℃ 也是如此,我们将不得不使用不同的材料,因为我们需要它持续一年,但我真的无法从纸上看出这一点。
保护塑料免受风化影响的常用方法是给它们上漆,尽管您必须研究这种涂层在 80C 下的表现。其中一些可能比 ABS 记录得更好(“用于撒哈拉沙漠的户外使用”应该足够了)。
@Nathaniel 这种热降解被称为老化(适用于所有类型的组件),并被用于开发产品将使用的地方。所有这些信息都是从材料技术数据中获得的,以通过加速测试(特殊腔室)进行分析,以确定产品在临界条件(热和冷)下的寿命,以保证良好的使用寿命。这些期限可以提供 3 到 7 年的保修期等等。如果您的塑料降解如此之快,您需要另一种更耐热的塑料。
您好,更新似乎更像是应该作为答案发布,tbh,因为不应在问题中发布解决方案,因为它会导致 Stack Exchange 模型中断。如果您仍在等待另一个答案,则不必接受自己的答案。另外,请注意接受的答案可以更改(即您可以选择接受另一个答案)。如果您可以发布更新作为答案,那就太好了。提前致谢
@Greenonline 更新无论如何都不是问题的答案。这只是一个评论,让人们知道我们的决定。 (我们被耽搁了,还没有开始实验,否则我会根据我们的经验发布实际答案。)

4个回答

我会推荐Taulman Bluprint ,它的 T g为 100 °C,打印温度约为 250 °C。

我得到了一个小样本,它使用推荐的设置打印得很好。我没有对我的印刷品进行任何热测试(我用它为割草机制作了一个旋钮),但 Taulman 在工程长丝方面享有盛誉。

OP 表示他只能选择 Zortrax M200 材料线轴。

您的 ABS 灯丝可能与论文中所说的 ABS 不同,至少灯丝添加了颜色(ABS 不是天然白色),它可能含有其他添加剂以使其更容易挤出,尤其是对于低成本 ABS - 它也可能有其他随机污染物。

不同厂家的“同一种”材料往往有很明显的不同(对于低成本的灯丝,同一厂家的不同批次有时会有所不同)所以,即使这里有人确实有一年烹饪ABS的经验,你也永远无法确定您的 ABS 将与他们的 ABS 工作相同。

如果材料数据表中没有该信息,您可以尝试联系制造商,除此之外,您真的没有办法知道,只能自己尝试。

加热它,看看会发生什么,还要考虑额外的支持,以防它降低其仍然保持的能力。如果可能的话,给它一些保护层。有人说油漆,但你能加一层树脂或陶瓷吗?

它目前正在烤箱中进行测试运行。但正如我在评论和问题中所说的,我们需要它至少运行一年,如果在那段时间内失败,我们将不得不重新开始,所以“试试看”并不完全是一个好我们的选择。
Gonz,如果您能说明您所指的是哪种树脂和/或陶瓷,以及这将如何防止底层塑料因热量而降解(假设任何涂层对热渗透,超过一年)。
@nathaniel 尝试任何塑料。它的重量是多少。把每种材料做成一个小结构,在上面放一些重物。它会冷却一段时间,它会慢慢冷却吗?如果你清洁它,你会使用什么化学物质,你会在什么温度下清洁它。这些因素可能会导致它降解得更快。至于树脂,我没有任何推荐。我只是建议添加一层额外的东西来减少热量吸收以及化学接触。它可以喷在刷上可以是矿物质,盐,组合层。只是加强受压区域。

简要回答您的问题:不,ABS 在 80-100°C 下至少无法存活一年

1]如果您查看上面的图表(来自 Tiganis/Burn),您会注意到蓝线 (ABS 90°C) 正在下降。我对图表进行了眼球计算并得出了等式( J表示断裂能量h表示小时):

 J = -0.002h + 14

基于此,在7056 小时或 294 天后将达到 0 焦耳的断裂能。

如果您在有关 3D 打印的互联网论坛上闲逛,您会发现该价值在于人们的体验。我记得有一个案例,有人把一块 ABS 放在阳光下,一年后它就坏了。

蒂加尼斯;燃烧:热老化对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 (ABS) 混合物的影响。在:拉卡斯; Vanier (1999):建筑材料和组件的耐久性 8,第 912-922 页。

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