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幾種最常見的3D打印材料

1. 工程塑料
工程塑料指被用做工業零件或外殼材料的工業用塑料,是強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑料。工程塑料是當前應用最廣泛的一類3D打印材料,常見的有ABS、PC類材料、PLA、尼龍類材料等。
ABS材料是FDM熔融沉積造型快速成型工藝常用的熱塑性工程塑料,具有強度高、韌性好、耐沖擊等優點,正常變形溫度超過90℃,可進行機械加工(鉆孔、攻螺紋)、噴漆及電鍍。ABS材料的顏色種類很多,如象牙白、白色、黑色、深灰、紅色、藍色、玫瑰紅色等,在汽車、家電、電子消費品領域有廣泛的應用。
PC材料是真正的熱塑性材料,具備工程塑料的所有特性:高強度、耐高溫、抗沖擊、抗彎曲,可以作為最終零部件使用。使用PC材料制作的樣件,可以直接裝配使用,應用于交通工具及家電行業。PC材料的顏色比較單一,只有白色,但其強度比ABS材料高出60%左右,具備超強的工程材料屬性,廣泛應用于電子消費品、家電、汽車制造、航空航天、醫療器械等領域。
尼龍玻纖是一種白色的粉末,與普通塑料相比,其拉伸強度、彎曲強度有所增強,熱變形溫度以及材料的模量有所提高,材料的收縮率減小,但表面變粗糙,沖擊強度降低。材料熱變形溫度為110℃,主要應用于汽車、家電、電子消費品領域。
 
2. 光敏樹脂
光敏樹脂即ultraviolet rays(UV)樹脂,由聚合物單體與預聚體組成,其中加有光(紫外光)引發劑(或稱為光敏劑)。在一定波長的紫外光(2500~300nm)照射下能立刻引起聚合反應完成固化。光敏樹脂一般為液態,可用于制作高強度、耐高溫、防水材料。
環氧樹脂是一種便于鑄造的激光快速成型樹脂,它含灰量極低(800℃時的殘留含灰量<0.01%),可用于熔融石英和氧化鋁高溫型殼體系,而且不含重金屬銻,可用于制造極其精密的快速鑄造型模。
 
3. 橡膠類材料
橡膠類材料具備多種級別彈性材料的特征,這些材料所具備的硬度、斷裂伸長率、抗撕裂強度和拉伸強度,使其非常適合于要求防滑或柔軟表面的應用領域。3D打印的橡膠類產品主要有消費類電子產品、醫療設備以及汽車內飾、輪胎、墊片等。
 
4. 金屬材料
近年來,3D打印技術逐漸應用于實際產品的制造,其中,金屬材料的3D打印技術發展尤其迅速。在國防領域,歐美發達國家非常重視3D打印技術的發展,不惜投入巨資加以研究,而3D打印金屬零部件一直是研究和應用的重點。3D打印所使用的金屬粉末一般要求純凈度高、球形度好、粒徑分布窄、氧含量低。目前,應用于3D打印的金屬粉末材料主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金材料等,此外還有用于打印首飾用的金、銀等貴金屬粉末材料。
鈦是一種重要的結構金屬,鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于制作飛機發動機壓氣機部件,以及火箭、導彈和飛機的各種結構件。鈷鉻合金是一種以鈷和鉻為主要成分的高溫合金,它的抗腐蝕性能和機械性能都非常優異,用其制作的零部件強度高、耐高溫。采用3D打印技術制造的鈦合金和鈷鉻合金零部件,強度非常高,尺寸精確,能制作的最小尺寸可達1mm,而且其零部件機械性能優于鍛造工藝。
不銹鋼以其耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質和酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質腐蝕而得到廣泛應用。不銹鋼粉末是金屬3D打印經常使用的一類性價比較高的金屬粉末材料。3D打印的不銹鋼模型具有較高的強度,而且適合打印尺寸較大的物品。
 
5. 陶瓷材料
陶瓷材料具有高強度、高硬度、耐高溫、低密度、化學穩定性好、耐腐蝕等優異特性,在航空航天、汽車、生物等行業有著廣泛的應用。但由于陶瓷材料硬而脆的特點使其加工成形尤其困難,特別是復雜陶瓷件需通過模具來成形。模具加工成本高、開發周期長,難以滿足產品不斷更新的需求。
3D打印用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和某一種粘結劑粉末所組成的混合物。由于粘結劑粉末的熔點較低,激光燒結時只是將粘結劑粉末熔化而使陶瓷粉末粘結在一起。在激光燒結之后,需要將陶瓷制品放入到溫控爐中,在較高的溫度下進行后處理。陶瓷粉末和粘結劑粉末的配比會影響到陶瓷零部件的性能。粘結劑份量越多,燒結比較容易,但在后置處理過程中零件收縮比較大,會影響零件的尺寸精度。粘結劑份量少,則不易燒結成形。顆粒的表面形貌及原始尺寸對陶瓷材料的燒結性能非常重要,陶瓷顆粒越小,表面越接近球形,陶瓷層的燒結質量越好。
 
6. 其他3D打印材料
除了上面介紹的3D打印材料外,目前用到的還有彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等材料。
彩色石膏材料是一種全彩色的3D打印材料,是基于石膏的、易碎、堅固且色彩清晰的材料。基于在粉末介質上逐層打印的成型原理,3D打印成品在處理完畢后,表面可能出現細微的顆粒效果,外觀很像巖石,在曲面表面可能出現細微的年輪狀紋理,因此,多應用于動漫玩偶等領域。
3D打印技術與醫學、組織工程相結合,可制造出藥物、人工器官等用于治療疾病。加拿大目前正在研發“骨骼打印機”,利用類似噴墨打印機的技術,將人造骨粉轉變成精密的骨骼組織。打印機會在骨粉制作的薄膜上噴灑一種酸性藥劑,使薄膜變得更堅硬。
 


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