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3D打印用耗材-高分子材料介绍
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3D打印用耗材-高分子材料介绍

3D打印耗材是限制3D打印发展的最主要因素之一,常用的3D打印耗材主要有:金属材料、高分子材料、陶瓷材料以及橡胶材料等。其中高分子材料的应用最广、用量最大、成型方式最多,用于3D打印的高分子材料主要有高分子线材、光敏树脂溶液以及高分子粉末三种形式。FDM型3D打印机的原材料为熔丝线材、FDM陶瓷材料、木塑复合材料、FDM支撑材料。在熔丝线材中常用的高分子材料有ABS、PLA、PC、PCL、PVA等。


3D打印用高分子材料分为工程塑料、橡胶和光敏树脂,工程塑料兼具高强度、耐冲击性、优良的耐热性、良好的硬度及抗老化性能,是现在应用最广泛的3D打印材料,占有较高市场份额。常用的3D打印工程塑料有ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PLA(聚乳酸)、PC(聚碳酸酯)、尼龙等。


ABS是FDM型3D打印机最常用的打印耗材之一,具有高强度、良好的韧性和抗冲击性等优点。ABS变形温度超过90℃,打印温度在230℃左右。但是ABS在打印过程中会部分分解产生气味,而且ABS的热收缩率较大,在打印结束后打印件遇冷,收缩变形量较大,容易导致层间剥离及翘曲等现象,限制了其在3D打印中的应用。


PLA是近年来常用的一种新型可生物降解材料,具有良好的生物相容性、光泽度、透明性和耐热性等特点。聚乳酸的生产过程无污染,原料来源充分而且可以再生。PLA材料能够适用于大多数FDM型3D打印设备,打印温度一般为200~240℃,热台温度为55~80℃,打印后材料的收缩率比较小,材料的流动性好、无气味,打印出的产品具有尺寸稳定、表面光洁、不翘曲等特点。


PC是真正的热塑性塑料,强度高、耐疲劳、尺寸稳定、蠕变也小,材料的强度比ABS高出60%左右,但颜色单一,打印过程会产生有毒气体。


尼龙(PA)具有比普通塑料更高的拉伸强度和弯曲强度,收缩率减小,但是PA材料的热变形温度以及模量较高。打印件表面比较粗糙,冲击强度较低,材料热变形温度为110℃,所以打印温度要求较高。


橡胶类材料是一种具有较高的弹性、良好的绝缘性、不透水和空气的材料。因其在硬度、断裂伸长率、抗撕裂强度和拉伸强度上具有的优势,非常适合于要求防滑或柔软表面等应用领域。以橡胶为材料的3D打印制品主要有消费类电子产品、医疗设备以及汽车用品等。


光敏树脂即Ultraviolet Rays(UV)树脂,是由聚合物单体与预聚体以及引发剂组成,在一定波长的紫外光(250~300nm)照射下引起聚合反应完成固化过程。目前,研究光敏材料3D打印技术的主要有美国3DSystem公司和以色列Object公司,常见的光敏树脂有Somos Next材料、树脂Somos 1122材料、Somos 19120材料和环氧树脂。



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