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【3D打印材料介绍】FDM材料大全

来源:aau3d原创

发布时间:2020-04-17 11:46:39

点击量:1978

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一直以来,我们都非常清楚3D打印材料的发展很大程度影响着3D打印技术发展。3D打印方式有很多,如SLS、SLA、DLP和最常见的FDM技术等等,每种打印技术对应的打印材料都是不一样的,这也就意味着3D打印材料也有很多。本文就来给大家介绍一下各种FDM材料。





 一、工程塑料 PLA


PLA (Polylactic acid 聚乳酸)是3D打印爱好者最喜欢使用的材料。它是一种可生物降解的热塑性塑料,来源于可再生资源,比如玉米,甜菜,木薯和甘蔗。因此,基于PLA的3D打印材料比其他塑料材料更加环保,甚至被称为“绿色塑料”。


PLA的另一个优点是打印时不会产生很难闻的气味,所以它相对安全,适合在家里或者教室使用。这种材料的冷却收缩没有ABS那么强烈,所以即使打印机没有配备加热平台也能成功完成打印。


与包塑成型的热塑性复合材料类似,对于每次打印,在预浸渍的连续长丝和未增强的或短纤维增强的直接挤出材料中使用相同的聚合物。Logtenberg公司已经加工了多种聚合物,包括ABS、PC、PEEK、PET、PLA和PP。他们正在探索PEKK和低熔点PAEK。



PLA材料打印的模型



二、工程塑料ABS


ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)是受欢迎程度仅次于PLA的FDM3D打印材料。这种热塑性塑料具有价格便宜,经久耐用,稍有弹性,质量轻,容易挤出等特点,非常适合用于3D打印。目前,乐高玩具使用的就是这种材料。


但这种材料有很多的缺点:首先,它的熔点温度比PLA更高,通常在210°C – 250°C之间。另外,在打印ABS过程中,还必须对平台进行加热。目的是为了防止打印第一层冷却太快,避免翘曲和收缩。


ABS的另一个缺点是,相较其他材料,ABS在打印过程中有毒物质的释放量远远高于PLA。因此在打印ABS时打印机需要放置在通风良好的区域,或者打印机采用封闭机箱并配备空气净化装置。



三、TPE / TPU柔性材料


在商业应用中,TPE通常用于汽车部件,家用电器,医疗用品,鞋底,智能手机盖,腕带等生产中。使用柔性材料TPE,特别是聚氨酯TPU,可以制造伸展性特别好的物体。但打印时难度较高,特别是对于远端送料的3D打印机,很难控制柔性材料的进退。


TPU(热塑性聚氨酯)是一种柔软但又具备足够韧性的材料,非常适合需要类橡胶性能的零件。它具有很大的弹性,可以反复拉伸,移动和冲击而不会磨损或降解。在商业应用中,TPU通常用于汽车部件、医疗用品、家用电器领域,可制作密封件、垫圈、鞋底、智能手机盖、腕带等,当前也有设计师用来打印服装。但该材料打印时难度较高,特别是对于远端送料的text-decoration:underline3D打印机,很难控制材料的进退,而且容易堵塞喷头。


巴斯夫3D打印解决方案公司(B3DPS)董事总经理Fran?ois Minec 补充道:“我们致力于支持增材制造的产业化,使其成为主流的生产技术。作为全球最大的TPU材料供应商之一,我们能够提供与工艺要求最匹配的粉末性能、强大的供应链以及达到或超过行业特定质量标准的批次一致性——这些都是成功进行批量化增材制造应用的重要因素。



柔性材料打印效果




四、Glow-in-the-Dark夜光材料


这种材料暴露于光源下约15分钟,再拿到黑暗处,打印物体就会发出令人毛骨悚然的光芒。通过在PLA或ABS中添加不同颜色的荧光剂,可以制造出绿色,蓝色,红色,粉红色,黄色或橙色的发光颜色。


全球材料制造商Royal DSM与旧金山的3D打印创业公司Origin合作。此次合作的目标是为增材制造开发新材料,具体而言,这两个实体将专注于为Origin的可编程P3 3D打印平台优化Royal DSM光聚合物材料。



Glow-in-the-Dark夜光材料



五、Wood木质感材料


木质感材料可以打印出触感很像木头的模型。通过在PLA中混合定量的木质纤维,比如竹子,桦木,雪松,樱桃,椰子,软木,乌木,橄榄,松树,柳树,会制作生产出一系列的木质3D打印材料。但要注意,在PLA中掺入木质纤维后,会降低材料的柔韧性和拉伸强度。


瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员用木基油墨成功地进行了3D打印,模仿了木材的独特“超微结构”。这项研究可以彻底改变绿色产品的制造,通过仿效木材的天然蜂窝结构,能够创造源自树木具有独特的性质的绿色产品 。



木质感材料打印模型



六、Metal PLA / Metal ABS 金属质感PLA/ABS材料


基本上,这是一种PLA或ABS与金属粉末混合的材料。模型抛光后,从视觉上能感到这些模型就像是用青铜,黄铜,铝或不锈钢制造出来的。这些金属粉末与PLA、ABS混合后的打印线材比普通的ABS、PLA重很多,所以手感不像塑料,更像金属。


iemens首先研发出基于金属打印技术的燃气涡轮叶片样品,并对样品进行抗高压能力测试(包括物理加压、高温和高离心力),在将该样品安装到涡轮机并成功测试后,Siemens开始量产金属打印的涡轮叶片,发展涡轮机的零部件后市场。通过金属打印技术的应用和生产环节的内部整合,Siemens主要获益如下:便于不断改进设计,优化涡轮叶片产品表现全面掌握核心知识产权省去传统生产流程中的铸造和打孔等多个复杂环节省去供应商环节,提高产品利润率通过应用金属打印技术,Siemens的整个生产周期仅为18个月,与传统生产工艺相比,生产周期大大缩短。此外,零部件金属打印技术也可反哺其他产品的工程设计,为Siemens未来金属打印技术的产品种类拓展做好准备。


此外,Siemens还将金属打印技术成功应用于涡轮机喷头的维修。此前,喷头的维修需要替换掉大部分喷头,在用传统方法重新安装新的喷头。如今,通过金属打印技术的应用,只需要替换掉一小部分喷头,再用金属打印零件填充即可。维修周期从44周缩短到4周,大大提高顾客供货效率、减少维修成本。



金属质感打印



 七、 Carbon Fiber碳纤维材料


混合了细碎碳纤维的3D打印线材在刚性、结构以及层间附着力方面都达到了令人难以置信的提升。但是这些优势也带来了巨大的成本。由于这种材料是研磨制成的,即使研磨地非常精细,打印时也会加大对喷嘴的磨损,特别是由类似黄铜等软金属制成的喷嘴,在打印500g后就可观察到黄铜喷嘴的直径变大,需要及时更换喷嘴。


碳纤维增强线材碳纤维增强线材是在高强度PLA、尼龙以及其他聚合物的基础上改进的,它本身包含了大量长短不一的细碳纤维。这些纤维非常小,可以通过FDM 3D打印机的挤出喷嘴,并增加聚合物的强度和刚度,从而有效地强化3D打印部件,刚度和强度都远超过普通PLA和ABS。而且它还具有非常高的熔体强度、很高的熔体粘度,良好的尺寸精度和稳定性、打印时气味很小。不过,该材料表现出优异的性能,线材中碳纤维的研磨性质可能会引起黄铜的加速磨损,所以建议使用不锈钢或硬化型铜合金的喷嘴。碳纤维增强材料,可以提供与金属相当的强度,又非常轻,在需要考虑重量与强度比的行业包括航空航天、汽车领域都有广泛的应用前景。


荷兰colorFabb公司的XT-CF20打印材料里面就含有伊士曼化工的PETG材料以及20%的碳纤维材料,3DXTECH也是用伊士曼PETG材料结合高模量碳纤维制成复合材料。另外一家公司,Proto-pasta的碳纤维增强材料PLA,是一种玉米淀粉提取的衍生塑料和碳纤维复合材料的合成。



碳纤维的3D打印



八、PEEK半结晶热塑性塑料


PEEK材料具有耐高温性、自润滑性、化学稳定性、耐辐射和电气性能,以及具有优异的机械性能,被认为是世界上性能最好的工程热塑性塑料之一。PEEK可用于制造航空航天、汽车、石油天然气和医疗行业的苛刻应用物品。在生物医学领域,聚醚醚酮具有优良生物相容性,和金属材料的植入体相比,其弹性模量和人骨弹性模量更接近,能够满足人体正常的生理需要,是一种良好的骨科植入物材料。PEEK可作为text-decoration:underline3D打印材料制造机械零部件以及骨科植入物,但由于PEEK材料具有较高熔点,多数3D打印机喷头工作性能不足以更好的熔化PEEK材料,这个问题给PEEK的3D打印特别是FDM 3D打印带来一定难度。


中国科学院空间应用工程与技术中心研究团队使用远铸智能(INTAMSYS)的高性能材料3D打印机FUNMAT HT对自主研发的碳纤维PEEK复合材料进行3D打印工艺的系统研究,取得重要科研进展。在PEEK 3D打印技术中,与大多数非金属材料类似,FDM工艺制造打印件的Z向层间结合力远低于X、Y方向,被认为是限制其应用的重要因素之一。


相关学者通过在丝材中掺杂碳纤维,并运用远铸智能FUNMAT HT机器研究了垂直打印方向对碳纤维聚醚醚酮3D打印件弯曲性能的影响,这种垂直方向打印的弯曲样条具有优异的力学性能,弯曲强度达到146 MPa,重要的是,还与传统注塑件具有接近一致的弯曲强度。



peek材料



九、FDM导电丝材


导电丝材可用于制作电容式(触摸)传感器,可穿戴应用中的传感器、印刷电路,在电子设备中有广泛应用,同时可为实际产品的定制提供高度的自由度。


电容式(触摸)传感器



十、尼龙线材


尼龙有优良的韧性、耐磨性、耐疲劳性等优点,在工业上广泛应用。FDM尼龙 12 适合用于需要高耐疲劳度的应用,如可重复使用的摩擦贴合嵌件。而尼龙6则可以准确预测具有功能性的耐用原型以及可经受严苛生产环境的制造工具的性能,并能满足高功能要求的小批量部件制作。在航空和汽车领域,FDM打印尼龙可制作工具、夹具和卡具以及用于内饰板、低热进气组件以及天线罩的原型;在消费品的产品开发方面,可制作用于卡扣面板以及防冲击组件的耐用原型。



尼龙线材





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