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3D打印塑料全材料解析

魔猴君  知識堂   61天前

人氣 396

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(chǎng)上的大多數塑料都是完全合成的,通常來(lái)自石油化學(xué)品。然而,隨著(zhù)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(lái)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(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(jiàn)的3D打印塑料。如您所知,最流行且價(jià)格實(shí)惠的3D打印工藝FDM通過(guò)擠出塑料絲來(lái)生產(chǎn)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(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(shù)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(lái)源:AGRU)

哪些塑料可用于增材制造?在長(cháng)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(shù)脂的形式,它必須固化才能形成物體。每種塑料在構建過(guò)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(yè)中最常用的塑料。它是樂(lè )高積木的旗艦材料,也廣泛用于汽車(chē)車(chē)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(shù)(FDM),因此可用于大多數桌面3D打印機。ABS還提供樹(shù)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(guò)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(shí)會(huì )收縮,因此在打印過(guò)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(guò)程中可能釋放的顆粒排放。

ABS零件(照片來(lái)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(guò)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(huì )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(lái)源:Simplify3D

這種材料在技術(shù)上稱(chēng)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(xiàn)能力。然而,打印時(shí)可能會(huì )出現一些并發(fā)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(lái)源:Stratasys

PET

聚對苯二甲酸乙二醇酯,俗稱(chēng)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(cháng)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(cháng)絲的形式銷(xiāo)售,有PETG、PETE、PETT等不同品種。它也是一種打印時(shí)不會(huì )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(lái)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(chǎng)的熱塑性塑料,結合了PLA 3D打印的簡(jiǎn)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(chēng)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(lái)源:Taulman3D

聚碳酸酯(PC)

聚碳酸酯(PC)是一種專(zhuān)為技術(shù)應用而開(kāi)發(fā)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(huì )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(lǐng)域尤其受到贊賞。它的密度比玻璃低得多,這使得它對于設計光學(xué)可見(jiàn)部件、防護屏或裝飾物特別有趣。有關(guān)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(lái)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(kāi)發(fā)出了一系列高性能長(cháng)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(lèi)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(diǎn)是具有非常高的機械和耐熱性,同時(shí)比金屬輕得多。這些特性使其在航空、汽車(chē)和醫療領(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打印機進(jìn)行打印。然而,3D打印機必須有一個(gè)能夠達到至少230°C的加熱板,以及350°C的擠壓和一個(gè)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(lái)源:VisionMiner

聚丙烯(PP)

聚丙烯是另一種廣泛用于汽車(chē)行業(yè)、紡織行業(yè)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(diǎn)包括耐低溫性低和對紫外線(xiàn)敏感,這可能會(huì )導致材料膨脹。有關(guān)材料的更詳細摘要,請單擊此處。

照片來(lái)源:Simplify3D

復合材料

在生產(chǎn)輕質(zhì)而堅固的零件方面,復合材料極具優(yōu)勢。纖維可以在不增加額外重量的情況下增加零件的強度,這就是我們將復合材料稱(chēng)為纖維增強材料的原因。增強材料有兩種類(lèi)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(cháng)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?;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(lái)源:Markforged

混合材料

有多種不同類(lèi)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(cháng)絲,通常由70%PLA和30%混合材料制成。在當今的市場(chǎng)上,我們發(fā)現由竹子、軟木、木材等制成的長(cháng)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(shù)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(lái)源:巴斯夫

可溶性物質(zhì)

可溶材料是為了在制造過(guò)程的后期階段溶解而打印的材料。兩種最常見(jiàn)的可溶性長(cháng)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(lèi)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(xiàn)材也越來(lái)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(zhuān)家介紹,其溶解度甚至比PVA還要高。

 

照片來(lái)源:Simplify3D

柔性材料

軟塑料絲在3D打印市場(chǎng)上也越來(lái)越受歡迎。由TPE或TPU等材料制成,這些材料的長(cháng)絲的優(yōu)點(diǎn)是它們能夠生產(chǎn)可延展的零件。一般來(lái)說(shuō),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(lái)源:Simplify3D

聚酰胺(PA)

聚酰胺物體通常采用SLS技術(shù)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(xué)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(yōu)點(diǎn)意味著(zhù)該材料具有許多跨行業(yè)應用,并提供高水平的細節。由于其高品質(zhì),聚酰胺可用于制造齒輪、航空航天、汽車(chē)、機器人、醫療假肢和注塑模具。

 

照片來(lái)源:Sculpteo

鋁化物

鋁化物物體是通過(guò)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(guān)呈顆粒狀,強度高,耐溫性好(可達172°C)。然而,當使用Alumide時(shí),需要進(jìn)行一些后處理,例如研磨、涂層或銑削。鋁化物用于復雜模型、設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(lèi)似于鋁的外觀(guān)。這項技術(shù)幾乎沒(méi)有幾何限制。


照片來(lái)源:Sculpteo


來(lái)源:3dnatives

本文提到的3D打印材料簡(jiǎn)介

適合做戒指、掛墜、耳環(huán)等首飾,獎?wù)?、紀念幣或者對導電性要求高的工業(yè)零件。35元/克為小件(如首飾)的名義價(jià)格,如果制作零件較大,價(jià)格會(huì )顯著(zhù)下降。
   

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