PA11與PA12：選擇哪種類型的尼龍進(jìn)行3D打印？

魔猴君  知識(shí)堂   171天前

尼龍，也稱為聚酰胺(PA)，是一組常用于3D打印的熱塑性聚合物或塑料。尼龍因其承受強(qiáng)機(jī)械應(yīng)力、耐熱、抗撕裂和耐磨的能力而受到特別贊賞。因此，這種材料經(jīng)常用于制造耐磨零件，例如汽車和航空航天工業(yè)，但也用于醫(yī)療領(lǐng)域。3D打印使用多種類型的尼龍，其名稱根據(jù)其所含碳原子的數(shù)量而有所不同。PA6最常用于FDM打印，而PA11和PA12用于粉末工藝。盡管PA11和PA12的應(yīng)用領(lǐng)域有重疊，但這兩種塑料還是有一些區(qū)別。因此，我們建議您比較這兩種材料并檢查它們各自的屬性、來(lái)源、打印要求，最后檢查應(yīng)用和價(jià)格類別。

產(chǎn)地和機(jī)械性能

聚酰胺通過(guò)命名法進(jìn)行區(qū)分，常見(jiàn)PA代碼后面的數(shù)字是碳原子數(shù)的函數(shù)。因此，PA11和PA12看起來(lái)非常接近。然而，這兩種尼龍?jiān)诤芏喾矫娑加兴煌紫仁撬鼈兊膩?lái)源和制造。PA12是一種半結(jié)晶線性熱塑性塑料，從天然氣或石油中獲得。化學(xué)過(guò)程可以獲得月桂酸內(nèi)酰胺，它是制造PA12的起始分子。1963年，Chemische Werke Hüls AG與Emser Werke在多馬特首次推出PA12。從那時(shí)起，由單一單體成分組成的均聚物已在許多應(yīng)用中得到確立。盡管如此，PA12因其起源及其對(duì)環(huán)境的影響而越來(lái)越頻繁地成為爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。

PA11是從蓖麻油中提取的，因此被認(rèn)為是PA12的更環(huán)保的替代品。（照片來(lái)源：Jellypipe）

為了尋求更大的可持續(xù)性和“更綠色”的生產(chǎn)，公司正在轉(zhuǎn)向具有類似特性的替代材料。這促成了PA11的興起，因?yàn)檫@種聚酰胺的起源是生物性的。PA11由從植物衍生物中獲得的可再生原材料制成。大多數(shù)情況下，使用蓖麻油，其本身是通過(guò)壓榨非洲奇跡樹(shù)“蓖麻”的種子而獲得的。然后通過(guò)單體合成將蓖麻油轉(zhuǎn)化為氨基酸，即11-氨基十一烷酸。隨后單體聚合生成PA11。因此，它的起源與PA6非常相似，并且與其代碼鄰居PA12相去甚遠(yuǎn)。盡管PA11由于其生物來(lái)源而被認(rèn)為是更可持續(xù)的替代品，但它不可生物降解。與其他聚酰胺一樣，它必須在專門的收集系統(tǒng)中進(jìn)行分類，然后才能進(jìn)行回收處理。

盡管PA11和PA12的起源有很大不同，但它們的機(jī)械性能相似，這就是為什么它們?cè)诠I(yè)中經(jīng)常用于類似的用途。因此，PA11和PA12被認(rèn)為極其堅(jiān)固、堅(jiān)固且耐用，其滑動(dòng)和磨損行為以及耐化學(xué)性令人信服。PA12被認(rèn)為是所有聚酰胺塑料中最輕的，其特點(diǎn)是其酰胺基濃度低。此外，PA12在低吸水率和密度方面優(yōu)于其他聚酰胺。盡管PA11對(duì)聚酰胺的吸水性也相對(duì)較少，但在這方面它無(wú)法與PA12競(jìng)爭(zhēng)。其優(yōu)點(diǎn)在于其機(jī)械性能超過(guò)PA12。PA11具有高延展性和優(yōu)異的抗沖擊性。它具有很高的耐磨性和抗疲勞性，PA11零件具有更高的各向同性。它可承受高達(dá)190°C的溫度，但永久溫度在-40°C至125°C之間。成品PA11部件既堅(jiān)固又靈活、耐用，并具有不透明的彩色啞光表面。我們還在PA12零件中發(fā)現(xiàn)了后者。在這兩種情況下，這些碎片都可以被著色。

PA 12（白色）是最輕的尼龍類型，而PA 11（灰色）具有更好的機(jī)械性能。（照片來(lái)源：Jellypipe）

在使用溫度方面，PA12的表現(xiàn)不如PA11，因?yàn)殡m然它可以抵抗-50°C–150°C的極端范圍，但其連續(xù)使用溫度并不只有50-80°C。與PA11一樣，它也非常耐磨，并且具有很高的抗疲勞性。它耐油脂、油、溶劑、堿和鹽溶液，使得PA12制成的零件非常耐磨且易于焊接和粘合。PA12不僅是最輕的PA，而且也是最耐應(yīng)力開(kāi)裂的。盡管PA12的沖擊性能非常好，但仍不能完全與PA11相媲美。與PA11直接比較，PA12在強(qiáng)度和硬度方面也不太達(dá)標(biāo)。這就是為什么PA12經(jīng)常使用玻璃纖維或碳纖維等添加劑進(jìn)行增強(qiáng)，以彌補(bǔ)這一缺陷。

這兩種材料通常與織物相容，并且由它們制成的部件適合與人體皮膚接觸。然而，應(yīng)該提到的是，一些制造商生產(chǎn)的PA12因此可以用于與食品接觸的部件，而PA11則并非總是如此。不過(guò)，也有PA11粉末，例如APC-Tec的PA11 Blue，已獲得FDA批準(zhǔn)用于食品接觸。

使用PA11和PA12進(jìn)行3D打印

在3D打印中，PA主要以長(zhǎng)絲和粉末形式使用。我們還找到了用于SLA工藝的PA樹(shù)脂，它模仿了PA熱塑性塑料的特性。PA長(zhǎng)絲最常見(jiàn)的是PA6，它主要以這種形式提供，并且僅在有限程度上以粉末形式提供，這也可能導(dǎo)致加工問(wèn)題。相比之下，粉末工藝主要使用PA11和PA12。這是通過(guò)材料的熱塑性特性來(lái)解釋的，因?yàn)槟猃執(zhí)貏e擅長(zhǎng)受熱變形或連接在一起。在這些工藝中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)選擇性激光燒結(jié)（SLS）、多噴射熔融、選擇性吸收熔融（SAF）和高速燒結(jié)（HSS）。它們的特點(diǎn)是生產(chǎn)率高，并且未用于零件的粉末可以在一定程度上回收利用。

MJF流程（圖片來(lái)源：Hubs）

PA12比PA11更常用于增材制造，因?yàn)樗目捎眯暂^舊，而且熔點(diǎn)較低。PA12的熔化溫度為175-180°（取決于制造商），而PA11僅在200°左右熔化。這些熔化溫度的差異也解釋了為什么我們不能將粉末混合在一起進(jìn)行相同的打印。盡管大多數(shù)制造商為每種材料提供特定的構(gòu)建單元解決方案，但粉末加工對(duì)這些3D打印工藝來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。

后處理

無(wú)論您選擇哪種PA11和PA12打印工藝，后處理都是必不可少的步驟。因此，在這一點(diǎn)上，材料之間沒(méi)有區(qū)別，因?yàn)閮烧叨急仨殘?zhí)行某些精加工步驟。第一步是除粉，包括從粉餅中取出碎片并用真空吸塵器吸走周圍的粉末。然后可以在一定程度上將其回收用于新的打印批次。不同的工藝可以延長(zhǎng)零件的清潔時(shí)間（因?yàn)榱慵峡偸怯幸稽c(diǎn)殘留粉末），并改善表面狀況。在后續(xù)步驟中，還可以對(duì)PA11和PA12部件進(jìn)行噴漆或著色。

所有基于粉末的工藝中的一個(gè)重要步驟是后處理。（照片來(lái)源：Protiq） 

PA11和PA12的應(yīng)用

這兩種材料屬于同一組塑料，在3D打印過(guò)程中有多種應(yīng)用，但它們的應(yīng)用領(lǐng)域存在一些重疊。

在醫(yī)療領(lǐng)域，只要制造商聲明具有生物相容性，就可以使用PA11和PA12粉末。它們用于制造假肢、矯形器、醫(yī)療器械和醫(yī)療器械。然而，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，PA 11因其生物相容性和靈活性而比PA12更受歡迎，而PA12通常具有更高的電阻。

PA11和PA12常用于假肢和矯形器。（照片來(lái)源：EOS）

這兩種材料也用于汽車工業(yè)。PA11廣泛用于車輛原型制造和大規(guī)模生產(chǎn)的零件。由于其抗沖擊性和耐化學(xué)性，它還可用于制造室內(nèi)（PA11不會(huì)分裂）和室外的車輛碰撞部件，例如墊圈、發(fā)動(dòng)機(jī)部件和涂層。PA12還用于汽車3D打印，即用于車輛構(gòu)造，特別是精密管道，包括耐壓和抗震燃油管線。在航空領(lǐng)域，PA11因其耐沖擊、重量輕而被用于3D打印，例如飛機(jī)的整流罩和內(nèi)部結(jié)構(gòu)件。PA12也是制造精密管道的理想選擇，尤其是耐壓和抗沖擊的燃油管線。在汽車和航空航天領(lǐng)域，與PA12不同，PA11因其生產(chǎn)的部件更輕且對(duì)能源效率的貢獻(xiàn)而受到贊賞，而PA12的優(yōu)勢(shì)在于其剛性和硬度，適用于需要更高阻力的部件。

體育行業(yè)也使用這兩種材料：PA11因其耐磨性（例如用于滑雪覆蓋物和足球鞋鞋底）以及良好的柔韌性而使用。PA12由于其在低溫下具有特殊的機(jī)械阻力，可用于冬季運(yùn)動(dòng)裝備，例如高山和越野滑雪靴或滑雪固定器。

PA11和PA12也用于運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域。（照片來(lái)源：Prodways/Salomon）

在機(jī)械工程、電氣工程或電子以及包裝行業(yè)中，這兩種材料都會(huì)使用，PA11因其使用壽命而特別受到贊賞，而PA12則因其高韌性而受到特別贊賞。PA12用于制造精密管道和管材，特別是耐壓和耐沖擊的燃油管線以及濕式驅(qū)動(dòng)元件或水下傳動(dòng)部件（需要高尺寸精度）以及機(jī)械結(jié)構(gòu)部件（例如鉸鏈）和齒輪以及絕緣膜。在電氣工程和電子領(lǐng)域，PA11用作電纜、連接器和電子設(shè)備外殼的絕緣和保護(hù)材料，并且由于其特別長(zhǎng)的使用壽命，通常用于高科技應(yīng)用。

尼龍連接器（照片來(lái)源：EOS）

PA11、PA12廠家及價(jià)格

一般來(lái)說(shuō)，與PA11相比，PA12通常是尼龍系列中更昂貴的變體，因?yàn)槟壳癙A11的需求仍然較低。PA11可以從一些制造商處購(gòu)買，價(jià)格為50歐元/公斤，但從其他制造商處購(gòu)買的價(jià)格為200歐元/公斤。同一類型粉末的價(jià)格差異與其是標(biāo)準(zhǔn)粉末還是增強(qiáng)粉末有關(guān)。如果我們比較兩種不同材料制造的成品零件的價(jià)格，很容易看出PA11批量生產(chǎn)的零件比PA12便宜得多，大約便宜30%，具體取決于生產(chǎn)數(shù)量。另一方面，對(duì)于生產(chǎn)獨(dú)特的零件，使用PA12具有成本效益。

這兩種材料均可從眾多制造商處獲得。在最知名的PA11中，我們發(fā)現(xiàn)了EMS-Grivory或法國(guó)集團(tuán)Arkema，后者以RILSAN?PA11名稱銷售PA11。阿科瑪還提供PA12，以前與PA11名稱相同，但現(xiàn)在更名為RILSAMID?，以便更好地區(qū)分。PA12也經(jīng)常以VESTAMID?或VESTOSINT?的名稱在市場(chǎng)上出售。巴斯夫化學(xué)集團(tuán)還提供粉末狀的PA12和PA11。PA12也可以在贏創(chuàng)等制造商中找到，但也可以在3DSystems和Farsoon中找到，它們提供與化學(xué)公司合作開(kāi)發(fā)的粉末，但對(duì)這些材料開(kāi)發(fā)合作伙伴關(guān)系保密。

除了發(fā)明更環(huán)保的PA11材料外，不同制造商也越來(lái)越多地努力使PA12生產(chǎn)更加有機(jī)和綠色。例如，德國(guó)設(shè)備和材料供應(yīng)商EOS提供PA12作為注塑成型中流行的ABS或PA6塑料的高性能替代品，并不斷提高這種材料的生產(chǎn)效率，例如通過(guò)使用可再生能源減少碳足跡。市場(chǎng)上也有添加凱夫拉纖維、碳纖維甚至玻璃珠的聚酰胺粉末。例如，HP提供的這種熱塑性塑料含有40%的玻璃珠，具有很高的回收率。該材料的名稱為HP 3D高可重復(fù)使用性PA12玻璃珠。近期，惠普還宣布推出與阿科瑪合作開(kāi)發(fā)的新型PA12粉末，名為HP 3D HR PA 12 S，其重復(fù)利用率高達(dá)85%，有助于減少浪費(fèi)。