在3D打印领域，PLA（聚乳酸）耗材因其易打印、环保等特性，成为了众多创客、设计师以及业余爱好者的首选材料。而了解PLA耗材的密度，对于3D打印项目的规划、成本估算以及模型性能预测等方面都有着至关重要的意义。
PLA耗材的标准密度范围
一般来说，纯PLA材料的理论密度大约在1.24 – 1.25克/立方厘米（g/cm³）这个区间。不过，在实际的3D打印应用中，我们所使用的PLA耗材由于生产工艺、添加剂等因素的影响，其密度会存在一定的波动。
市场上常见的商业PLA耗材，密度通常在1.20 – 1.30 g/cm³之间。不同的制造商可能会根据产品的特定用途和性能要求，对PLA进行改性处理，添加各种添加剂，如增塑剂、增强纤维、颜料等，这些添加剂的种类和含量会直接影响PLA耗材的最终密度。
影响PLA耗材密度的因素
生产工艺
PLA的生产过程包括聚合反应、造粒、拉丝等多个环节。在聚合反应中，反应条件的控制，如温度、压力、催化剂的种类和用量等，会影响PLA分子的结构和分子量分布，进而影响其密度。例如，较高的聚合温度可能会导致分子链的断裂，使分子量降低，从而使材料的密度发生变化。
在拉丝过程中，拉伸倍数和冷却速度也会对PLA耗材的密度产生影响。适当的拉伸可以使分子链取向排列，提高材料的致密性，增加密度；而冷却速度过快或过慢，可能会导致材料内部产生缺陷或结晶度不均匀，影响密度。
添加剂
- 增塑剂：为了改善PLA的柔韧性和加工性能，制造商通常会添加一定量的增塑剂。增塑剂的分子会插入到PLA分子链之间，增加分子链之间的距离，从而降低材料的密度。例如，添加柠檬酸三乙酯等增塑剂后，PLA的密度可能会有所下降。
- 增强纤维：为了提高PLA的强度和刚性，会加入玻璃纤维、碳纤维等增强材料。这些纤维的密度通常比PLA高，加入后会增加整个复合材料的密度。比如，添加玻璃纤维的PLA复合材料，其密度可能会比纯PLA高出10% – 30%。
- 颜料：为了使PLA耗材具有不同的颜色，需要添加颜料。颜料的种类和含量也会对密度产生一定的影响。一般来说，颜料的添加量较少，对密度的影响相对较小，但如果添加的是密度较大的颜料，如一些金属氧化物颜料，也可能会使PLA耗材的密度略有增加。
密度对3D打印的影响
打印成本估算
了解PLA耗材的密度可以帮助我们准确估算打印项目所需的材料成本。通过计算模型的体积，再结合耗材的密度和单价，就可以得出打印该模型所需材料的重量和成本。例如，一个体积为10立方厘米的模型，使用密度为1.25 g/cm³的PLA耗材，那么所需材料的重量为10×1.25 = 12.5克。如果该耗材的单价为每克0.1元，那么打印这个模型的材料成本就是12.5×0.1 = 1.25元。
模型性能预测
密度与材料的强度、硬度、韧性等性能密切相关。一般来说，密度较高的PLA材料通常具有更好的强度和硬度，但韧性可能会相对较差；而密度较低的材料则可能更柔软、韧性更好，但强度可能会有所降低。在设计3D打印模型时，我们可以根据模型的使用要求和受力情况，选择合适密度的PLA耗材，以确保模型具有预期的性能。
例如，在打印一个需要承受较大压力的结构件时，应选择密度较高、强度较大的PLA耗材；而在打印一个需要具有一定柔韧性的玩具模型时，则可以选择密度较低、韧性较好的材料。