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幾種最常見(jiàn)的3D打印材料

1. 工程塑料
工程塑料指被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，是強(qiáng)度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。工程塑料是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)3D打印材料，常見(jiàn)的有ABS、PC類(lèi)材料、PLA、尼龍類(lèi)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(qiáng)度高、韌性好、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)，正常變形溫度超過(guò)90℃，可進(jìn)行機(jī)械加工(鉆孔、攻螺紋)、噴漆及電鍍。ABS材料的顏色種類(lèi)很多，如象牙白、白色、黑色、深灰、紅色、藍(lán)色、玫瑰紅色等，在汽車(chē)、家電、電子消費(fèi)品領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)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(qiáng)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(yīng)用于交通工具及家電行業(yè)。PC材料的顏色比較單一，只有白色，但其強(qiáng)度比ABS材料高出60%左右，具備超強(qiáng)的工程材料屬性，廣泛應(yīng)用于電子消費(fèi)品、家電、汽車(chē)制造、航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。
尼龍玻纖是一種白色的粉末，與普通塑料相比，其拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度有所增強(qiáng)，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(qiáng)度降低。材料熱變形溫度為110℃，主要應(yīng)用于汽車(chē)、家電、電子消費(fèi)品領(lǐng)域。
 
2. 光敏樹(shù)脂
光敏樹(shù)脂即ultraviolet rays(UV)樹(shù)脂，由聚合物單體與預(yù)聚體組成，其中加有光(紫外光)引發(fā)劑(或稱(chēng)為光敏劑)。在一定波長(zhǎng)的紫外光(2500～300nm)照射下能立刻引起聚合反應(yīng)完成固化。光敏樹(shù)脂一般為液態(tài)，可用于制作高強(qiáng)度、耐高溫、防水材料。
環(huán)氧樹(shù)脂是一種便于鑄造的激光快速成型樹(shù)脂，它含灰量極低(800℃時(shí)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(lèi)材料
橡膠類(lèi)材料具備多種級(jí)別彈性材料的特征，這些材料所具備的硬度、斷裂伸長(zhǎng)率、抗撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，使其非常適合于要求防滑或柔軟表面的應(yīng)用領(lǐng)域。3D打印的橡膠類(lèi)產(chǎn)品主要有消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備以及汽車(chē)內(nèi)飾、輪胎、墊片等。
 
4. 金屬材料
近年來(lái)，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的制造，其中，金屬材料的3D打印技術(shù)發(fā)展尤其迅速。在國(guó)防領(lǐng)域，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視3D打印技術(shù)的發(fā)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(yīng)用的重點(diǎn)。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(yīng)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(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，以及火箭、導(dǎo)彈和飛機(jī)的各種結(jié)構(gòu)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(jī)械性能都非常優(yōu)異，用其制作的零部件強(qiáng)度高、耐高溫。采用3D打印技術(shù)制造的鈦合金和鈷鉻合金零部件，強(qiáng)度非常高，尺寸精確，能制作的最小尺寸可達(dá)1mm，而且其零部件機(jī)械性能優(yōu)于鍛造工藝。
不銹鋼以其耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)腐蝕而得到廣泛應(yīng)用。不銹鋼粉末是金屬3D打印經(jīng)常使用的一類(lèi)性?xún)r(jià)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(qiáng)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(qiáng)度、高硬度、耐高溫、低密度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)異特性，在航空航天、汽車(chē)、生物等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。但由于陶瓷材料硬而脆的特點(diǎn)使其加工成形尤其困難，特別是復(fù)雜陶瓷件需通過(guò)模具來(lái)成形。模具加工成本高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，難以滿(mǎn)足產(chǎn)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(jié)劑粉末所組成的混合物。由于粘結(jié)劑粉末的熔點(diǎn)較低，激光燒結(jié)時(shí)只是將粘結(jié)劑粉末熔化而使陶瓷粉末粘結(jié)在一起。在激光燒結(jié)之后，需要將陶瓷制品放入到溫控爐中，在較高的溫度下進(jìn)行后處理。陶瓷粉末和粘結(jié)劑粉末的配比會(huì)影響到陶瓷零部件的性能。粘結(jié)劑份量越多，燒結(jié)比較容易，但在后置處理過(guò)程中零件收縮比較大，會(huì)影響零件的尺寸精度。粘結(jié)劑份量少，則不易燒結(jié)成形。顆粒的表面形貌及原始尺寸對(duì)陶瓷材料的燒結(jié)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(jié)質(zhì)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(xì)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(jiān)固且色彩清晰的材料。基于在粉末介質(zhì)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(xiàn)細(xì)微的顆粒效果，外觀(guān)很像巖石，在曲面表面可能出現(xiàn)細(xì)微的年輪狀紋理，因此，多應(yīng)用于動(dòng)漫玩偶等領(lǐng)域。
3D打印技術(shù)與醫(yī)學(xué)、組織工程相結(jié)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(fā)“骨骼打印機(jī)”，利用類(lèi)似噴墨打印機(jī)的技術(shù)，將人造骨粉轉(zhuǎn)變成精密的骨骼組織。打印機(jī)會(huì)在骨粉制作的薄膜上噴灑一種酸性藥劑，使薄膜變得更堅(jiān)硬。