塑料是一種由合成或半合成化合物制成的可延展材料,具備形狀改變能力。市場上多數(shù)塑料為完全合成制品,通常以石油基化學(xué)品為原料。隨著環(huán)保意識提升,由聚乳酸(PLA)等可再生材料制成的塑料正逐漸普及。憑借低成本、易加工、多功能及防水特性,塑料在3D打印等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
如您所知,熔融沉積建模(FDM)作為最主流且經(jīng)濟(jì)的3D打印工藝,通過擠出塑料絲材逐層構(gòu)建零件。但該技術(shù)的精度與選擇性激光燒結(jié)(SLS,使用塑料粉末)或立體光固化(SLA,使用塑料樹脂)存在差異。塑料在FDM工藝中多用于原型制作,而工業(yè)級或終端使用場景,制造商更傾向選擇SLS(塑料粉末)或SLA(塑料樹脂)技術(shù)以獲得更高精度與零件質(zhì)量。此外,材料噴射與多射流融合工藝也可用于塑料3D打印。
可用塑料材料概覽
塑料絲材或粉末需熔化后逐層成型,樹脂材料則需固化形成物體。不同形態(tài)的塑料需適配特定3D打印設(shè)置,并賦予零件差異化性能。以下為常用3D打印塑料材料指南:
ABS
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)是工業(yè)領(lǐng)域最常用的塑料之一,作為樂高積木的標(biāo)志性材料,廣泛應(yīng)用于汽車車身、家電外殼及屋頂構(gòu)件。作為熱塑性塑料,其聚丁二烯基彈性體結(jié)構(gòu)賦予材料柔韌性與抗沖擊性。ABS主要適用于FDM工藝,因此兼容大多數(shù)桌面級3D打印機(jī),同時提供樹脂形態(tài)以適配SLA或材料噴射工藝。
ABS打印溫度范圍為160-230℃,可耐受-20℃至80℃的溫度跨度。除高耐候性外,該材料還具備可拋光、可重復(fù)使用及化學(xué)焊接(丙酮處理)特性。但需注意,ABS不可生物降解,且打印過程中因熱收縮需加熱構(gòu)建平臺,建議使用封閉式打印機(jī)以減少顆粒排放。
PLA
與ABS不同,聚乳酸(PLA)由玉米淀粉等可再生原料制成,具備生物降解性。其核心優(yōu)勢在于3D打印時低收縮率,因此無需加熱打印床。打印溫度建議控制在190-230℃之間。
PLA因高冷卻硬化速率導(dǎo)致后處理難度較高,且與水接觸易引發(fā)損壞或變色。盡管如此,該材料仍是FDM工藝的常用選擇,尤其以半透明形態(tài)及豐富色彩見長。
ASA
丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)與ABS特性相近,但具備更優(yōu)的抗紫外線能力。打印時可能存在工藝復(fù)雜性,建議使用加熱打印床。其打印參數(shù)與ABS高度相似,但需注意苯乙烯排放問題,推薦在封閉式打印機(jī)或戶外環(huán)境操作。ASA打印件穩(wěn)定性與耐久性突出。
PET
聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)常見于一次性塑料瓶,是食品接觸級材料的理想選擇。該材料呈半剛性,具備良好耐候性,最佳打印溫度需達(dá)到75-90℃。PET以半透明絲材形式銷售,包含PETG、PETE、PETT等變體。其優(yōu)勢在于打印無氣味且100%可回收。
PETG
PETG(乙二醇改性聚酯)是增材制造市場的熱門熱塑性塑料,兼具PLA的打印易用性與ABS的彈性。作為非晶態(tài)塑料,其化學(xué)成分與PET一致,但通過添加乙二醇降低脆性。PETG為100%可回收材料,在3D打印中以簡單性與功能性平衡著稱。
聚碳酸酯(PC)
聚碳酸酯(PC)是專為技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的高耐用性材料,可耐受150℃高溫不變形。但PC易吸濕,需存放在密閉容器中以維持性能與抗壓強(qiáng)度。該材料在3D打印領(lǐng)域以高強(qiáng)度與透明度備受青睞,密度顯著低于玻璃,適用于光學(xué)可見部件、防護(hù)屏及裝飾物設(shè)計(jì)。
高性能塑料(PEEK、PEKK、ULTEM)
3D打印技術(shù)演進(jìn)推動了對新型材料的研發(fā),高性能絲材(如PEEK、PEKK、ULTEM)應(yīng)運(yùn)而生。這類材料屬于聚芳醚酮(PAEK)與聚醚酰亞胺(PEI)家族,具備接近金屬的機(jī)械性能與耐熱性,同時重量更輕。其特性使其在航空、汽車及醫(yī)療領(lǐng)域具有高度吸引力。
高性能塑料可通過FDM工藝打印,但需配備230℃以上加熱床、350℃擠出機(jī)及封閉式打印腔體。目前約65%的高性能塑料采用FDM技術(shù),同時也可提供SLS兼容粉末形態(tài)。
聚丙烯(PP)
聚丙烯(PP)廣泛應(yīng)用于汽車制造、紡織行業(yè)及日常用品生產(chǎn),以耐磨性、抗沖擊性、相對硬度與柔韌性著稱。但材料耐低溫性較差,且對紫外線敏感,可能引發(fā)膨脹問題。
復(fù)合材料
復(fù)合材料在生產(chǎn)輕質(zhì)高強(qiáng)零件方面優(yōu)勢顯著,通過添加纖維(如碳纖維、玻璃纖維或凱夫拉纖維)增強(qiáng)性能。纖維類型分短切(長度<1mm,混合尼龍、ABS或PLA)與連續(xù)纖維兩種,前者提升零件剛度與耐久性,后者實(shí)現(xiàn)完整纖維增強(qiáng)。
混合材料
混合材料通過將PLA等基材與粉末(如竹子、軟木、木材)混合,賦予絲材特殊顏色或表面質(zhì)感。這類材料通常由70%基材與30%添加劑組成,可模擬有機(jī)紋理。此外,部分工藝(如Colorfabb、BASF方案)通過FDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)金屬質(zhì)感打印,提供銅、青銅、銀等多種顏色選擇。
可溶性物質(zhì)
可溶材料用于制造后處理溶解的支撐結(jié)構(gòu),常見類型包括高抗沖聚苯乙烯(HIPS,與檸檬烯相容)與聚醋酸乙烯酯(PVA,與水相容,最高70℃)。水溶性BVOH絲材近年來在雙擠出機(jī)打印機(jī)中逐漸普及,其溶解度優(yōu)于PVA。
柔性材料
柔性絲材(如TPE、TPU)在3D打印市場占比提升,可生產(chǎn)延展性零件。這類材料打印性能與PLA相近,但剛度差異顯著,需注意與擠出機(jī)兼容性以避免噴嘴堵塞。
聚酰胺(PA)
聚酰胺(PA)通常通過選擇性激光燒結(jié)(SLS)工藝由白色粉末狀顆粒制成,部分變體可適配FDM絲材。其生物相容性使其可用于食品接觸部件(酒精類食品除外)。
聚酰胺為半結(jié)晶結(jié)構(gòu),兼具化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械性能平衡,表現(xiàn)剛性、柔韌性及抗沖擊性。這些特性使其在齒輪、航空航天部件、汽車零件、機(jī)器人結(jié)構(gòu)、醫(yī)療假肢及注塑模具等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
鋁化物
鋁化物通過SLS工藝由聚酰胺與鋁粉混合制成,表面呈微孔顆粒狀,具備高強(qiáng)度與耐溫性(可達(dá)172℃)。但需后處理(如研磨、涂層或銑削)以優(yōu)化表面質(zhì)量,適用于復(fù)雜模型、設(shè)計(jì)零件或功能性原型的小批量生產(chǎn),幾何限制極小。
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