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3D打印塑料全材料解析

魔猴君  知識堂   61天前

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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。市場上的大多數塑料都是完全合成的,通常來自石油化學品。然而,隨著人們對環境的日益關注,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,塑料被廣泛應用于各種產品和行業,包括3D打印。

在今天的指南中,魔猴網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零件。然而,這些機器的精度與SLS或SLA等其他增材制造工藝不同。塑料通常與該技術一起用于創建原型。因此,對于工業和最終用途零件,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,以提供更高的精度和零件質量。另外兩種可以用塑料打印的技術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。每種塑料在構建過程中都需要不同的3D打印設置,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,這使其更加柔韌且耐沖擊。ABS塑料主要用于熔層技術(FDM),因此可用于大多數桌面3D打印機。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,可重復使用,并且可以通過化學工藝(使用丙酮)進行焊接。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建平臺。此外,建議使用具有封閉室的3D打印機,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

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FDM 3D打印機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,打印時可能會出現一些并發癥,這就是為什么建議使用熱板。打印參數與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打印機或在室外打印。用ASA打印的零件穩定且非常耐用。

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)是一種廣泛應用于增材制造市場的熱塑性塑料,結合了PLA 3D打印的簡單性和ABS的彈性。它是一種100%可回收的非晶態塑料。它具有與聚對苯二甲酸乙二醇酯(俗稱PET)相同的化學成分,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)是一種專為技術應用而開發的非常耐用的材料。這種材料能夠承受高達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度。因此,應存放在密閉容器中。PC因其堅固性和透明度而在增材制造領域尤其受到贊賞。它的密度比玻璃低得多,這使得它對于設計光學可見部件、防護屏或裝飾物特別有趣。有關PC的詳細信息,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打印技術的不斷發展引發了對新型打印材料的廣泛研究,并開發出了一系列高性能長絲。它們具有與金屬相似的機械性能。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、汽車和醫療領域非常有吸引力。

由于具有多種特性,高性能聚合物可以使用多種市售FDM打印機進行打印。然而,3D打印機必須有一個能夠達到至少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、紡織行業和數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,這可能會導致材料膨脹。有關材料的更詳細摘要,請單擊此處。

照片來源:Simplify3D

復合材料

在生產輕質而堅固的零件方面,復合材料極具優勢。纖維可以在不增加額外重量的情況下增加零件的強度,這就是我們將復合材料稱為纖維增強材料的原因。增強材料有兩種類型:短纖維或連續纖維。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?;蛘?,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。這些本質上是長絲,通常由70%PLA和30%混合材料制成。在當今的市場上,我們發現由竹子、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的最終結構。此外,還有一些機器使用FDM技術作為擠壓金屬的基礎。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

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,尤其是在雙擠出機打印機中。這是因為該材料可溶于水,據專家介紹,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點是它們能夠生產可延展的零件。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技術由細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)。

聚酰胺由半結晶結構組成,具有良好的化學和機械性能平衡,具有良好的穩定性、剛性、柔韌性和抗沖擊性。這些優點意味著該材料具有許多跨行業應用,并提供高水平的細節。由于其高品質,聚酰胺可用于制造齒輪、航空航天、汽車、機器人、醫療假肢和注塑模具。

 

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的。該材料表面微孔,外觀呈顆粒狀,強度高,耐溫性好(可達172°C)。然而,當使用Alumide時,需要進行一些后處理,例如研磨、涂層或銑削。鋁化物用于復雜模型、設計零件或功能模型的小批量生產,這些模型需要高剛性和類似于鋁的外觀。這項技術幾乎沒有幾何限制。


照片來源:Sculpteo


來源:3dnatives

本文提到的3D打印材料簡介

適合做戒指、掛墜、耳環等首飾,獎章、紀念幣或者對導電性要求高的工業零件。35元/克為小件(如首飾)的名義價格,如果制作零件較大,價格會顯著下降。
   

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