【材料小教室】PET、PETG與PCTG：3D列印材料的性能與差異全解析

2024-09-18

3D列印中大家最熟悉的PLA雖然名叫聚乳酸，但實際上它是一種聚酯（polyester）。聚酯類材料逐漸在3D列印領域受到青睞，除了早期被廣泛使用的PETG，TPEE彈性體近期新加入的有PCTG，以及全球回收體系最完善的再生PET(Recycled PET,rPET)，這些都屬於聚酯家族。

寶特瓶的原材料全名為對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET），顧名思義，它是一種酯類。根據中學理化的酸加醇等於酯和水的反應，PET由對苯二甲酸與乙二醇組成。不同的二元酸與二元醇組合可以形成各種聚酯，例如：

TPA + EG → PET
TPA + PDO → PTT
TPA + BDO → PBT
TPA + CHDM → PCT
TPA + IPA + CHDM → PCTA
TPA + AA + BDO → PBAT
TPA + SA + BDO → PBST
SA + BDO → PBS

此外，還有很多其他二元酸與二元醇的組合，這裡不一一展開，有興趣的讀者可以自行查閱相關資料。

常見的二元酸與二元醇

PET
一般來說，PET是由TPA和EG組成，熔點約為250°C。為了降低加工溫度，有時會引入少量IPA來破壞分子鏈的規整性，從而降低熔點。根據IPA的加入量，可以控制熔點與結晶度，因此TPA+IPA（少量）+EG的組成結構，通常仍被稱為PET。

PETG/PCTG
PETG中的“G”代表二元醇改質（Glycol-Modified），也就是在PET的基礎上引入了EG以外的二元醇，通常是CHDM。從聚酯結構來看，酸與醇的比例是1:1，其中PETG的醇是由EG和CHDM組成。如果EG的比例高於CHDM，稱為PETG；反之，CHDM比例較高則稱為PCTG。

PET與PETG/PCTG的差異

列印溫度
PET的熔點約為250°C，列印時需要高於此溫度才能使材料充分熔化，因此加工溫度通常在260-280°C左右。而對於非晶型的PETG來說，列印只需材料軟化即可，通常列印溫度介於230-260°C之間。
材料剛韌性
CHDM並非平面結構，而是船型或椅型以及順反異構物的混合體，這使得分子鏈的規整性降低，並增加韌性。因此，PET的剛性通常大於PETG/PCTG，而PETG/PCTG的韌性則高於PET。我通常會對詢問我兩者差別的使用者，將其簡單類比為：PET可以視為耐溫較高的PLA，PETG則可視為耐溫較低的ABS。

3D列印材料中提到的PET，其實大多仍是PETG，或是採用CHDM以外的二元醇改質的非晶性PETG。線材廠商也不見得對聚酯類的細分那麼清楚，因此容易產生混淆。我對於PET與PETG廣義分類則是有結晶性(有熔點)的歸類在前者，非晶性醇改質者則歸類於後者，但3D列印界對名稱差異似乎沒有共識，消費者其實也不用分得那麼清晰。SpiderMaker推出的環保再生rPET線材，是貨真價實的寶特瓶回收PET而非PETG，因此列印溫度會建議用270°C，在列印前也建議先用線材乾燥機以60-70度乾燥至少4個小時後再列印，並且在印完後盡快以其他材料將噴嘴殘餘料擠出替換。

PET、PETG與PCTG的物性比較
下表顯示了一家原料廠商提供的PET、PETG與PCTG的物性比較（下表數據皆經過處理，以PETG皆視為10當作基準）。可以看出，除了PCTG的Izod衝擊強度遠高於PETG外，其他數據差異不大。因此，在3D列印應用中，需要評估其衝擊強度能否在列印後保持。

PETG與PCTG的列印性能參考
根據Youtuber My Tech Fun的影片《PCTG vs PETG by Fiberlogy - Is PCTG Really Better?》，該影片比較了同品牌的PETG和PCTG，並對力學性能進行了量化測試。列印設定和測試數據如下表所示，雖然PCTG的Izod衝擊強度約為PETG的1.2倍左右，但在層間黏合度方面，PETG則為PCTG的1.5倍。

本次測試PETG/PCTG列印設定

PETG/PCTG測試結果比較

另一個具公信力的頻道CNC Kitchen在影片《PCTG - The Isotropic 3D Printing Filament》中也做了詳盡的測試PCTG，但該影片中有將PETG測試的歷史數據列入比較。儘管如此，根據影片中的數據，PCTG和PETG在不同性能上各有優勢，尤其是PCTG在Izod測試中的表現優異，但PETG的衝擊強度卻僅與PLA相當，因此我猜測影片中的數據可能標錯了。

根據上述兩個影片測試結果來看，PCTG相較於PETG優越的部分都是在衝擊強度。但如果目的是提升衝擊強度，我會選擇PC而非PCTG，因為PCTG與PETG的性能差異並不顯著。這也是SpiderMaker沒有推出PCTG線材的原因之一。事實上，SpiderMaker在2019年推出PETG線材時，已經與PCTG進行了比較，我們更注重層間強度，因此最終選擇了PETG。

不同的原料細分牌號，製程，採用的列印機與列印參數，都會大幅影響列印結果，因此以上內容僅代表SpiderMaker的觀點，我們仍鼓勵使用者相信自行列印的測試結果。

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