3D打印塑料全材料解析
魔猴君 知識堂 172天前
塑料是由合成或半合成化合物制成的具有延展性（能夠改變形狀）的材料。市場上的大多數(shù)塑料都是完全合成的，通常來自石油化學(xué)品。然而，隨著人們對環(huán)境的日益關(guān)注，由聚乳酸(PLA)等可再生材料制成的塑料也變得越來越受歡迎。此外，由于其成本低、易于制造、多功能性和防水性，塑料被廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品和行業(yè)，包括3D打印。
在今天的指南中，魔猴網(wǎng)將和大家一起了解最常見的3D打印塑料。如您所知，最流行且價格實惠的3D打印工藝FDM通過擠出塑料絲來生產(chǎn)零件。然而，這些機(jī)器的精度與SLS或SLA等其他增材制造工藝不同。塑料通常與該技術(shù)一起用于創(chuàng)建原型。因此，對于工業(yè)和最終用途零件，制造商可能決定選擇SLS（使用塑料粉末）或SLA（使用塑料樹脂）技術(shù)，以提供更高的精度和零件質(zhì)量。另外兩種可以用塑料打印的技術(shù)是材料噴射和多噴射融合。
塑料絲有不同顏色可供選擇（照片來源：AGRU）
哪些塑料可用于增材制造？在長絲或粉末形式下，塑料必須熔化才能形成逐層打印的物體。以樹脂的形式，它必須固化才能形成物體。每種塑料在構(gòu)建過程中都需要不同的3D打印設(shè)置，并賦予零件不同的屬性。在以下指南中，我們概述了可用于3D打印的不同塑料材料。
ABS
丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）是工業(yè)中最常用的塑料。它是樂高積木的旗艦材料，也廣泛用于汽車車身、家用電器和許多屋頂應(yīng)用。ABS屬于熱塑性塑料家族，具有基于聚丁二烯的彈性體基礎(chǔ)，這使其更加柔韌且耐沖擊。ABS塑料主要用于熔層技術(shù)(FDM)，因此可用于大多數(shù)桌面3D打印機(jī)。ABS還提供樹脂形式，使其適用于SLA或材料噴射工藝。
該材料的打印溫度在230°C至160°C之間，可以承受極低(-20°C)和極高(80°C)的溫度。除了高電阻之外，這種材料還具有拋光表面，可重復(fù)使用，并且可以通過化學(xué)工藝（使用丙酮）進(jìn)行焊接。然而，它不可生物降解，并且在與空氣接觸時會收縮，因此在打印過程中必須加熱構(gòu)建平臺。此外，建議使用具有封閉室的3D打印機(jī)，以限制打印過程中可能釋放的顆粒排放。
ABS零件（照片來源：Simplify3D）
PLA
與ABS不同，聚乳酸或PLA是可生物降解的，因為它是由可再生原材料（玉米淀粉）制成的。最重要的特性之一是3D打印的低收縮率，這就是打印過程中不需要加熱打印床的原因。印刷溫度不宜太高，應(yīng)在190℃至230℃之間。
PLA由于其高冷卻和硬化速率而難以處理。與水接觸后也可能會損壞和變色。然而，大多數(shù)FDM 3D打印機(jī)都使用這種通常半透明的材料，并且有多種顏色可供選擇。
照片來源：Simplify3D
這種材料在技術(shù)上稱為丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯，具有與ABS相似的特性，但具有更好的抗紫外線能力。然而，打印時可能會出現(xiàn)一些并發(fā)癥，這就是為什么建議使用熱板。打印參數(shù)與ABS非常相似——就ASA而言，由于苯乙烯排放，必須小心使用帶有封閉外殼的3D打印機(jī)或在室外打印。用ASA打印的零件穩(wěn)定且非常耐用。
圖片來源：Stratasys
PET
聚對苯二甲酸乙二醇酯，俗稱PET，主要存在于一次性塑料瓶中。它是用于食品接觸物體的理想長絲。它是半剛性的，具有良好的抵抗力。為了獲得最佳的打印效果，溫度需要達(dá)到75°C至90°C。主要以半透明長絲的形式銷售，有PETG、PETE、PETT等不同品種。它也是一種打印時不會散發(fā)任何氣味的燈絲，并且100%可回收。
由回收PET瓶3D打印的瓶子（照片來源：b-Pet）
PETG
PETG（即乙二醇化聚酯）是一種廣泛應(yīng)用于增材制造市場的熱塑性塑料，結(jié)合了PLA 3D打印的簡單性和ABS的彈性。它是一種100%可回收的非晶態(tài)塑料。它具有與聚對苯二甲酸乙二醇酯（俗稱PET）相同的化學(xué)成分，其中添加了乙二醇以降低其脆性，從而降低其脆性。
照片來源：Taulman3D
聚碳酸酯（PC）
聚碳酸酯(PC)是一種專為技術(shù)應(yīng)用而開發(fā)的非常耐用的材料。這種材料能夠承受高達(dá)150°C的高溫而不變形。聚碳酸酯會吸收空氣中的水分，從而影響性能和抗壓強(qiáng)度。因此，應(yīng)存放在密閉容器中。PC因其堅固性和透明度而在增材制造領(lǐng)域尤其受到贊賞。它的密度比玻璃低得多，這使得它對于設(shè)計光學(xué)可見部件、防護(hù)屏或裝飾物特別有趣。有關(guān)PC的詳細(xì)信息，請參閱我們的指南。
聚碳酸酯3D打印部件（照片來源：IMC Grupo）
高性能塑料（PEEK、PEKK、ULTEM）
3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展引發(fā)了對新型打印材料的廣泛研究，并開發(fā)出了一系列高性能長絲。它們具有與金屬相似的機(jī)械性能。用于3D打印的高性能塑料有多種類型，例如PEEK、PEKK或ULTEM。它們屬于聚芳醚酮(PAEK)和聚醚酰亞胺(PEI)家族。除其他外，該塑料的特點是具有非常高的機(jī)械和耐熱性，同時比金屬輕得多。這些特性使其在航空、汽車和醫(yī)療領(lǐng)域非常有吸引力。
由于具有多種特性，高性能聚合物可以使用多種市售FDM打印機(jī)進(jìn)行打印。然而，3D打印機(jī)必須有一個能夠達(dá)到至少230°C的加熱板，以及350°C的擠壓和一個封閉的腔室。如今，大約65%的這些材料是使用FDM技術(shù)制造的，但它們也可以采用SLS兼容的粉末形式。請參閱我們的PEEK和PEKK指南了解更多信息。
照片來源：VisionMiner
聚丙烯（PP）
聚丙烯是另一種廣泛用于汽車行業(yè)、紡織行業(yè)和數(shù)百種日常用品制造的塑料。PP以其耐磨性、吸收沖擊能力、相對硬度和柔韌性而聞名。然而，該材料的缺點包括耐低溫性低和對紫外線敏感，這可能會導(dǎo)致材料膨脹。有關(guān)材料的更詳細(xì)摘要，請單擊此處。
照片來源：Simplify3D
復(fù)合材料
在生產(chǎn)輕質(zhì)而堅固的零件方面，復(fù)合材料極具優(yōu)勢。纖維可以在不增加額外重量的情況下增加零件的強(qiáng)度，這就是我們將復(fù)合材料稱為纖維增強(qiáng)材料的原因。增強(qiáng)材料有兩種類型：短纖維或連續(xù)纖維。在第一種情況下，這些是短切纖維，由長度不足一毫米的片段組成，與用于3D打印的經(jīng)典塑料混合，以提高零件的剛性，并在較小程度上提高零件的電阻。短纖維可以與尼龍、ABS或PLA等熱塑性塑料混合。或者，可以將纖維添加到熱塑性塑料中以制造更堅固的部件。3D打印中使用的主要纖維是碳纖維，但也有其他纖維，如玻璃纖維或凱夫拉纖維。對于連續(xù)纖維，纖維是完整的。
照片來源：Markforged
混合材料
有多種不同類型的材料將PLA等基材與粉末混合，從而賦予它們不同的顏色或表面。這些本質(zhì)上是長絲，通常由70%PLA和30%混合材料制成。在當(dāng)今的市場上，我們發(fā)現(xiàn)由竹子、軟木、木材等制成的長絲。這些材料的存在使燈絲具有更有機(jī)的最終結(jié)構(gòu)。此外，還有一些機(jī)器使用FDM技術(shù)作為擠壓金屬的基礎(chǔ)。例如，Colorfabb或BASF公司提供3D金屬絲。這使得3D打印的物體具有不同的顏色，具體取決于所選的金屬：銅、青銅、銀色和許多其他顏色。
圖片來源：巴斯夫
可溶性物質(zhì)
可溶材料是為了在制造過程的后期階段溶解而打印的材料。兩種最常見的可溶性長絲材料是HIPS（高抗沖聚苯乙烯）和PVA（聚醋酸乙烯酯）。HIPS具有與ABS類似的特性，可以與檸檬烯溶解，而PVA可以與水溶解（最高70°C）。BVOH線材也越來越受歡迎，尤其是在雙擠出機(jī)打印機(jī)中。這是因為該材料可溶于水，據(jù)專家介紹，其溶解度甚至比PVA還要高。
照片來源：Simplify3D
柔性材料
軟塑料絲在3D打印市場上也越來越受歡迎。由TPE或TPU等材料制成，這些材料的長絲的優(yōu)點是它們能夠生產(chǎn)可延展的零件。一般來說，這些塑料具有與PLA相同的打印性能，但剛度不同。建議檢查材料與擠出機(jī)的相容性，以避免堵塞噴嘴。
照片來源：Simplify3D
聚酰胺(PA)
聚酰胺物體通常采用SLS技術(shù)由細(xì)小的白色顆粒狀粉末制成。然而，該材料的某些變體也可用作熔融沉積建模(FDM)的細(xì)絲。由于其良好的生物相容性，聚酰胺可用于制造與食品接觸的部件（含酒精的食品除外）。
聚酰胺由半結(jié)晶結(jié)構(gòu)組成，具有良好的化學(xué)和機(jī)械性能平衡，具有良好的穩(wěn)定性、剛性、柔韌性和抗沖擊性。這些優(yōu)點意味著該材料具有許多跨行業(yè)應(yīng)用，并提供高水平的細(xì)節(jié)。由于其高品質(zhì)，聚酰胺可用于制造齒輪、航空航天、汽車、機(jī)器人、醫(yī)療假肢和注塑模具。
照片來源：Sculpteo
鋁化物
鋁化物物體是通過SLS工藝由聚酰胺和鋁粉組合生產(chǎn)的。該材料表面微孔，外觀呈顆粒狀，強(qiáng)度高，耐溫性好（可達(dá)172°C）。然而，當(dāng)使用Alumide時，需要進(jìn)行一些后處理，例如研磨、涂層或銑削。鋁化物用于復(fù)雜模型、設(shè)計零件或功能模型的小批量生產(chǎn)，這些模型需要高剛性和類似于鋁的外觀。這項技術(shù)幾乎沒有幾何限制。
照片來源：Sculpteo
來源：3dnatives
