提到3D打印,很多人都会问一个问题:3D打印技术都能使用哪些材料呢?其实想回答这个问题,我们只需要看看欧美最著名的三大主要3D打印服务公司Shapeways、i.materialise和Ponoko目前都正在为客户们提供哪些材料,就可以大致了解当今世界都有哪些成熟的3D打印材料了。
准确地说,目前3D打印材料主要包括 聚合物材料 (分 工程塑料 和 生物塑料 )、 金属材料 、 陶瓷材料 和 复合材料 等,如图2-22所示。更多的材料效果会详细展示在下面各个小节中,比如作者本人的头像会分别以ABS、PLA和石膏这三种材料打印出来。
图2-22 各种耗材的打印效果(图片来源:Shapeways)
其中,聚合物材料应用最为广泛,日常用的、地上跑的、天上飞的都有用到(如图2-23所示)。我们首先介绍 工程塑料 。工程塑料,指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料,具有强度高、耐冲击性、耐热性、硬度高以及抗老化性等优点,正常变形温度可以超过90℃,可进行机械加工、喷漆以及电镀。工程塑料是当前应用最广泛的一类3D打印材料, 常见的有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯砜(PPSF)、聚醚醚酮(PEEK)等 。
图2-23 3D打印无人机所用聚合物材料(图片来源:Stratasys)
ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)塑料丝,五大合成树脂之一, 是目前产量最大、应用最广泛的聚合物 。它具有无毒、无味、价格便宜等特点。由于这种塑料丝要经过熔化后再冷却,根据热胀冷缩原理,所以在精度控制上并不是很高,打印的3D模型也比较粗糙。ABS在加热时会产生刺激性气味(微量毒性)且收缩率较大,其成型精度不易控制。打印较大模型时,最好使用 热床 (加热板),否则产品容易起翘。ABS在强度上高于PLA。ABS可以用丙酮进行后期打磨抛光。ABS的打印案例如图2-24所示。
图2-24 ABS的打印案例(最右为笔者本人)
ABS材料的特点如下。
·综合性能较好,强大的黏结性、强度,冲击强度较高,化学稳定性、电性能良好。
·与372有机玻璃的熔结性良好,可制成双色塑件,且可表面镀铬、喷漆处理。
·有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。
·柔韧性好。
·打印大尺寸模型时,模型容易变形翘曲。
注意: 一般工厂都有防护措施,但我们使用家庭3D打印机的时候一般没有防护措施。美国和法国科研人员发表了一项科研成果,表明桌面3D打印机确实能够散发出许多的超细颗粒(UFPs,UltraFine Particles),即那些小于100nm的微小颗粒。超细颗粒通常都很容易进入到人体的气管和肺部,并被吸收到血液循环系统,因而长期接触就有可能引发一些健康问题,比如肺病、中风和哮喘等。研究者发现,打印ABS的颗粒排放量为PLA的10倍。
EP(Elasto Plastic)即弹性塑料,是Shapeways公司研制的一种3D打印原材料,它能避免用ABS打印的穿戴物品或者可变形类产品存在的脆弱性问题,如图2-25所示。它采用粉末烧结工艺,非常坚固且拥有超高弹力,但细节度和平滑度较低,非常适于制作像3D打印鞋、手机壳和3D打印衣物等产品。其最大的特点是即使成型之后,仍然具有一定的柔韧性,支持外界用力挤压、扭曲,甚至是拉扯等,并且弹性十足,回弹效果十分出色。有趣的是,它还能够防水,可以作为容纳液体的容器使用。它是一种易燃材料,“不防水,不可放入洗碗机,不能回收再利用,对食品不安全,耐热度为90℃”。
图2-25 Elasto Plastic弹性塑料的打印效果(图片来源:Shapeways)
聚酰胺纤维俗称尼龙(Nylon),英文名称Polyamide(简称PA),如图2-26所示。采用粉末烧结技术,这种材料相当结实且略有弹性。利用3D打印制造的PA碳纤维复合塑料树脂零件,具有很高的韧度,可用于机械工具,代替金属工具。全球著名PA工程塑料的专家索尔维公司,基于PA的工程塑料进行3D打印样件,用于发动机周边零件、门把手套件、刹车踏板等。用PA材料代替传统的金属材料,最终解决了汽车轻量化问题。
PA(尼龙)材料广泛应用于制造燃料滤网、燃料过滤器、罐、捕集器、储油槽、发动机汽缸盖罩、散热器水缸、平衡旋转轴齿轮,也可用在汽车的电器配件、接线柱以及用于制作一次性打火机体、碱性干电池衬垫、摩托车驾驶员的头盔、办公机器外壳等。另外,它还可用作驱动、控制部件等。它可以后期打磨、喷漆或染上各种颜色,并可加入丝绒质感,非常适合打印雕塑、玩具和可穿戴产品。
图2-26 PA(尼龙)材料的钓鱼线(图片来源:鱼世)
翘曲度低、强度高且更加柔韧一些。不过,挤出温度要求比PLA和ABS更高,有些个人3D打印机达不到。 PC的强度比ABS材料还要高出60%左右 ,具备超强的工程材料属性。PC材料是真正的热塑性材料,具备工程塑料的所有特性。高强度,耐高温,抗冲击,抗弯曲,可以作为最终零部件使用。使用PC材料制作的样件,可以直接装配使用。PC可用作门窗玻璃,PC层压板广泛用于银行、使馆、拘留所和公共场所的防护窗,用于飞机舱罩,照明设备、工业安全档板和防弹玻璃。比如德国拜耳公司开发的PC2605可用于防弹玻璃、树脂镜片、车头灯罩、宇航员头盔面罩、智能手机的机身、机械齿轮等异型构件的3D打印制造。
材料颜色:白色。材料热变形温度:138℃。材料应用:电子消费品、家电、汽车制造、航空航天、医疗器械,如图2-27所示。
图2-27 PC材料(左:高透明PC材料阳光板,右:医疗级PC材料制作成的注射器)(图片来源:国伟兴、康友医用器械)
PEEK是一种具有耐高温、自润滑、易加工和高机械强度等优异性能的特种工程塑料,可制造加工成各种机械零部件,如汽车齿轮、油筛、换档启动盘、飞机发动机零部件、自动洗衣机转轮、医疗器械零部件等。
PEEK具有优异的耐磨性、生物相容性、化学稳定性以及杨氏模量最接近人骨等优点,是理想的人工骨替换材料,适合长期植入人体,如图2-28所示。基于熔融沉积成型原理的3D打印技术安全方便、无须使用激光器、后处理简单,通过与PEEK材料结合制造仿生人工骨。
图2-28 PEEK材料适合制造人体植入物(图片来源:dentalaegis.com)
PPSF/PPSU材料是所有热塑性材料里面强度最高、耐热性最好、抗腐蚀性最高的材料 ,它广泛用于航空航天、交通工具及医疗行业,通常作为最终零部件使用。PPSF材料能给您真正的直接数字化制造体验,性能非常稳定。PPSF俗称聚纤维酯,通过与FORTUS设备的配合使用,可以达到非常好的令人惊叹的效果。材料热变形温度:189℃。材料颜色:琥珀色。材料应用:商业交通工具行业、汽车行业。PPSF的打印案例如图2-29所示。
图2-29 PPSF的打印效果以及PPSF材料制作的眼镜(图片来源:Stratasys)
以上介绍了工程塑料,下面介绍更绿色环保的 生物塑料。3D打印生物塑料主要有:聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)、聚-羟基丁酸酯(PHB)、聚-羟基戊酸酯(PHBV)、聚丁二酸-丁二醇酯(PBS)、聚己内酯(PCL)等 ,具有良好的可 生物降解性 。
聚乳酸(PLA,Poly Lactic Acid)是一种优良的聚合物,加热融化时气味小,成型时收缩率较低,打印大型零件模型时边角不易翘起,且熔点较低。同时,它是生物环保的,因为它从植物淀粉(如玉米)制成,而不是化石燃料,是一种可再生资源。此外还是生物可降解的(最终生成二氧化碳和水),这意味着将不需要一个垃圾填埋场。而且它的颜色和打印效果如LED一样地晶亮,非常清晰。最后,它具有极低的收缩率,这意味着它抗变形翘曲,即使是非常大的打印尺寸。PLA的打印案例如图2-30所示。
图2-30 PLA的打印案例(笔者本人)
PLA的很多性质与ABS类似,但比ABS更脆一点,无须使用加热平台,因为它冷却时很少发生卷翘,风扇可进一步提高打印质量。气味比ABS好闻。从表面上对比观察,ABS呈亚光,而PLA很光亮。加热到195℃,PLA可以顺畅挤出,ABS不可以。加热到220℃,ABS可以顺畅挤出,PLA则会出现鼓起的气泡,甚至被碳化,碳化会堵住喷嘴。
打印PLA与打印ABS的区别如下。
·PLA是结晶体,ABS是非晶体。加热PLA时,其像冰冻的水一样,直接从固体到液体;而ABS则慢慢转换为凝胶,不经过状态改变,所以ABS不吸收喷嘴的热能。
·打印PLA时有棉花糖气味,不像ABS那样有刺鼻的不良气味。
·打印大型零件模型,PLA即使在没有加热床的情况下边角也不会翘起。
·PLA加工温度是200℃,ABS在220℃以上。
·PLA具有较低的熔体强度,打印模型更容易成型,表面光泽性优异,色彩艳丽。缺点是容易堵塞热端,塑性程度和耐用性也不如ABS。
在打印过程中,一般都需要对悬垂部分进行临时支撑。但这些支撑结构往往并不容易清除掉,用锉刀和砂纸也容易破坏光滑的表面。因此,除了ABS和PLA塑料,还有一种 水溶性的塑料PVA, 可用在双喷头3D打印机上(比如一个喷头接ABS耗材以打印主体,另一个喷头接PVA耗材以打印支撑)。 PVA可作为打印过程中的临时支撑材料来使用,打印完毕后泡在水基清洗剂中进行溶解,然后很方便地被清理掉。
PETG材料是一种透明塑料,如图2-31所示,是一种非晶型共聚酯,具有较好的黏性、透明度、颜色、耐化学药剂和抗应力白化能力,可很快热成型或挤出吹塑成型,黏度比丙烯酸(亚克力)好。其制品高度透明,抗冲击性能优异,特别适宜成型厚壁透明制品,可以广泛应用于板片材、高性能收缩膜、瓶用及异型材等市场。
图2-31 PETG材料的化妆品瓶和瓶盖,具有玻璃一样的透明度(图片来源:LANCOME)
PETG是采用甘蔗乙烯生产的生物基乙二醇为原料合成的生物基塑料。这种材料具有较好的热成型、坚韧性和耐候性,热成型周期短、温度低、成品率高。PETG作为一种新型的3D打印材料,兼具PLA和ABS的优点。在3D打印时,材料的收缩率非常小,并且具有良好的疏水性,无须在密闭空间里储存。由于PETG的收缩率低、温度低,在打印过程中几乎没有气味,使得PETG 在3D打印领域产品具有更为广阔的开发应用前景。
PCL(聚己内酯,如图2-32所示)具有良好的生物降解性、生物相容性和无毒性,而被广泛用作医用生物降解材料及药物控制释放体系,可运用于组织工程,已经作为药物缓释系统。
图2-32 利用PCL材料打印的玩具(图片来源:Disney)
PCL材料是一种可降解聚酯,熔点较低,只有60℃左右,与大部分生物材料一样,人们常常把它用作特殊用途,如药物传输设备、缝合剂等,同时PCL还具有形状记忆性。在3D打印中,由于它熔点低,所以并不需要很高的打印温度,从而达到节能的目的。在医学领域,可用来打印心脏支架等。
除了工程塑料和生物塑料,还有其他种类的聚合物,比如光敏树脂、热固性塑料、高分子凝胶等。
光敏树脂(UV树脂)是一种遇紫外线照射会立刻变硬的特殊材料。其特点是细节度和光滑度非常高,非常适合对细节度要求高的雕塑和其他物品。光固化复合树脂是目前口腔科常用的充填、修复材料,如图2-33所示,由于它的色泽美观,具有一定的抗压强度,因此在临床应用中起着重要的作用,用于前牙各类缺损及窝洞修复能取得满意的效果。
图2-33 光敏树脂材料的牙齿(图片来源:drmoche.com)
光敏树脂固化速度快、表干性能优异,成型后产品外观平滑,可呈现透明或半透明磨砂状态。光敏树脂具有气味低、刺激性成分低等特征,非常适合个人桌面3D打印系统。
Stainless(不锈钢): 不锈钢是一种黑色金属(黑色金属只有3种:铁、锰与铬,而不锈钢因为是铁基材料而被归入黑色金属,即氧化后会发黑)。 不锈钢打印材料在金属打印材料中来讲算是最便宜的一种打印材料 ,既具有高强度,又适合打印大物品,经3D打印出的高强度不锈钢制品表面略显粗糙,且存在麻点。不锈钢模型是用一种加入了铜成分的不锈钢粉打印而成的。通过向金属粉末床上层层添加黏结剂层,再将产品用青铜浇铸浸渍来增加刚性,适于制作珠宝和结构件,可以被镀上铜和黄金。“防水,可放入洗碗机,不可回收再利用,对食品不安全,耐热度为831℃”。材料颜色:玫瑰金、钛金、紫金、银白色、蓝色。材料应用:家电、汽车制造、航空航天、医疗器械。不锈钢的打印案例如图2-34所示。
图2-34 不锈钢的打印效果(图片来源:dayin.la)
Titanium(钛) :钛是一种有色金属,外观似钢,具有银灰光译。在过去一段时间内人们一直认为它是一种稀有金属,而实际上钛是铜、镍、铅、锌的总量的16倍。钛的强度大、密度小、硬度大、熔点高、抗腐蚀性很强,高纯度钛具有良好的可塑性,但当有杂质存在时变得脆而硬。
可以采用直接金属激光烧结技术,将钛粉原料层层烧结成非常坚固且拥有高细节度的产品。钛合金打印后表面灰暗,呈磨砂粗糙状,须后期抛光,适于制作珠宝和功能件。生产最终使用的金属样件,质量可媲美开模加工的模型,而且其零部件机械性能优于锻造工艺。钛合金模型的强度非常高、尺寸精密,能制作的最小细节的尺寸为0.1mm。材料颜色:银白色。材料热变形温度:熔点1672℃。材料应用:家电、汽车制造、航空航天、医疗器械。钛合金的打印案例如图2-35所示。
图2-35 钛合金的打印效果(图片来源:sgst.cn)
镁铝合金 :镁铝合金也是一种有色金属,因其质轻、强度高的优越性能,在制造业的轻量化需求中得到了大量应用,如图2-36所示。在3D打印技术中,它也毫不例外地成为各大制造商所中意的备选材料。
图2-36 镁铝合金打印的零部件质量较轻(图片来源:shanmeijituan.net)
镓:镓(Ga)主要用作液态金属合金的3D打印材料,如图2-37所示。它具有金属导电性,其黏度类似于水。不同于汞(Hg),镓既不含毒性,也不会被蒸发。镓可用于柔性和伸缩性的电子产品,液态金属在可变形天线的软伸缩部件、软存储设备、超伸缩电线和软光学部件上已得到了应用。
图2-37 镓主要用作液态金属合金的3D打印材料(图片来源:macx.cn)
Alumide(氧化铝) :一种闪耀的尼龙和铝粉的混合物。它适用于需要中等强度和细节度的产品,可以进行后期抛光使其更光滑,适于做镇纸和珠宝。“不防水,不可放入洗碗机,不能回收再利用,对食品不安全,耐热度为172℃”。
Brass(黄铜) :铜和锌的混合材料,制作工艺和银质物品一致,能够用聚氨酯类的油漆上色或镀金。适于制作珠宝、雕塑或为金银打印做测试。
Bronze(青铜) :和打印钢质物品类似,比较坚固。适合做装饰性的物品,比如雕像、钥匙和硬币等。
High Detailed Stainless Steel(高细节不锈钢) :和普通钢制作工艺相同,但使用316L不锈钢原料。在保持相同强度的基础上增加了更多的细节。适于制作珠宝、邮票模具和一些小的功能件。
Sterling Silver(纯银) :金、银都属于贵重金属,一般不直接用于3D打印,即是先用3D打印一个蜡模,再将蜡模转换成石膏模具,将熔化的银注入石膏模具成型。可后期机械或手工打磨,适于制作珠宝。
Gold(黄金) :工艺同Silver(银),但原料在14K黄金中添加了一点铜来增加强度。适于制作珠宝。
Gold Plate(镀金) :不锈钢经3D打印之后镀金而成。
好了,介绍完以上常见的耗材,实际上还有更多的其他耗材。各个厂家都在紧锣密鼓地推出新的耗材品种,为了满足各种复杂的应用场合,耗材所用到的配方也越来越复合,很难做到对它们进行严格的分门别类。下面就介绍一些常用的其他3D打印材料。
石膏粉末 :使用粉末微粒作为打印介质(最常用的是石膏粉)的3D打印机,通过在粉末床上层层添加黏结剂的方式来成型。打印的模型较为精细,可再添加一层氰基丙烯酸酯密封胶来增加产品的耐用度并获得更鲜艳的色彩。非常适合做人像全彩打印,目前市面上很多3D照相馆用的就是石膏,但“不防水,不可放入洗碗机,不能回收再利用,对食品不安全,耐热度60℃”。石膏粉末的打印案例如图2-38所示。
图2-38 石膏粉末的打印案例(右边为笔者本人)
蜡质材料 :表面光滑,精度可以非常高。例如Solidscape公司的石蜡铸造工艺精度可达6μm,表面光洁度可达0.81μm,可100%直接用于工业铸造。石蜡铸造又称熔模铸造,用来生产珠宝首饰、精密零部件、工艺品等,如图2-39所示。石蜡铸造的过程为,先生产较易成型的石蜡原型,再用石膏将石蜡原型紧密包裹,经高温烧灼石蜡部分分解排出形成阴模,再将熔融的金属液体灌入模具中,冷却铸造成型。其中,以Solidscape公司的产品为例,模型材料(蓝蜡)的熔点为94~106℃,直接气化温度为593~649℃;而支撑材料(红蜡)的熔点为50~72℃,在VSO溶液中溶解温度为40~60℃,可非常容易地将支撑材料去除。
图2-39 蜡质材料的打印效果(图片来源:Solidscape)
纸张 :Mcor公司的3D打印机利用普通A4纸张打印全彩模型。
彩色和木质耗材 :为了实现彩色打印,除了在打印机上想办法之外,还可在耗材上做文章。很简单的一个思路是,把耗材线染成彩色,这不就OK了?Taulman的“618”高强度尼龙恰有这个优点,它很容易被染色,如图2-40上方所示是所打印的彩色效果。除了彩色耗材,木匠们可能更喜欢木质耗材。德国设计师Kai Parthy研制了一种名为Laywoo-D3的3D打印耗材,是再生木与高分子黏结剂结合的产物,其中40%源自回收木材,3D打印完成后效果和胶合板类似,手感接近实木,并散发出木头的味道,如图2-40下方所示。打印时卷翘度低,打印完成后可像对待木头一样对其进行钻孔、切割处理。目前国内的广州傲趣科技公司也推出一款名为Pop Wood的木质线材,价格便宜了许多,据报道说还不容易堵塞喷头。
图2-40 彩色耗材(上)和木质耗材(下)(图片来源:Richrap、Kai Parthy)
Food(食品) :有类似奶油那样的黏稠度的食材皆可用于打印,比如巧克力、奶酪、糖等都可以通过注射器式的挤出喷头实现打印。
Ceramic(陶瓷) :这是Shapeways公司出品的第一款对食品安全的材料。它通过在陶瓷粉末床上层层添加黏结剂的方式来成型(ZCorp系列打印机),之后产品再被烧制和上釉。它们并不太坚固,细节度也不高,但它们耐热,适合做炊具和餐具。“防水,不可放入洗碗机,可回收再利用,对食品安全,耐热度为500℃”。
高分子凝胶 :高分子凝胶具有良好的智能性,海藻酸钠、纤维素、动植物胶、蛋白胨、聚丙烯酸等高分子凝胶材料用于3D打印,在一定的温度及引发剂、交联剂的作用下进行聚合后,形成特殊的网状高分子凝胶制品。如受离子强度、温度、电场和化学物质变化时,凝胶的体积也会相应地变化,用于形状记忆材料。凝胶溶胀或收缩发生体积转变,用于传感材料。凝胶网孔的可控性,如图2-41所示,可用于智能药物释放材料。
ABS-M30i :ABS-M30i是一种高强度材料,广泛应用于医疗、制药及食品包装行业。ABSM30i制作的样件通过了生物相容性认证(如ISO 1099认证),可以通过伽马射线照射及ETO灭菌测试。它能给你带来真正的具备优秀医学性能的概念模型、功能原型、制造工具及最终零部件的生物相容性部件。材料颜色:白色。材料热变形温度:90℃。材料应用:医学研究、食品包装、医疗器械。ABS-M30i的打印案例如图2-42所示。
图2-41 网状高分子凝胶制品:水凝胶降温贴(图片来源:pvc123.com)
图2-42 ABS-M30i的打印效果(图片来源:Stratasys)
ABSi :ABSi材料具备气车尾灯的效果,具有很高的耐热性,高强度,呈琥珀色,能很好地体现车灯的光源效果,广泛用于车灯行业。材料颜色:半透明。材料热变形温度:86℃。材料应用:汽车、LED。ABSi的打印案例如图2-43所示。
PC-ABS :PC-ABS材料是一种应用最广泛的热塑性工程塑料。PC-ABS具备了ABS的韧性和PC材料的高强度及耐热性。大多数情况下应用于汽车、家电及通信行业,制作的样件强度比传统的FDM系统制作的部件强度高出60%左右,所以使用PC-ABS能给您带来真正的热塑性部件,包括概念模型、功能原型、制造工具及最终零部件等。材料颜色:黑色。材料热变形温度:110℃。材料应用:传统注模产品、电子消费品、大型家电、汽车行业。PC-ABS的打印案例如图2-44所示。
图2-43 ABSi的打印效果(图片来源:Stratasys)
图2-44 PC-ABS的打印效果(图片来源:Stratasys)
PC-ISO :PC-ISO材料也是一种通过医学卫生认证的热塑性材料,广泛应用于药品及医疗器械行业,具有很高的强度,可以用于手术模拟、颅骨修复、牙科等专业领域。具备PC的所有性能,同时可以用于食品及药品包装行业。做出的样件可以作为概念模型、功能原型、制造工具及最终零部件使用。材料颜色:白色。材料热变形温度:133℃。材料应用:医学研究、食品包装、医疗器械。PC-ISO的打印案例如图2-45所示。
图2-45 PC-ISO的打印效果(图片来源:Stratasys)
BendLay :改进版ABS,号称透明度高、柔性好。Bendlay是一种具有弹性的材料,该材料的特性就在于可弯曲并且有弹性,可用在那些嫌ABS太硬而又嫌柔性PLA(soften PLA)不够紧实的地方。厂家Orbi-Tech更号称此线材对食品安全,可用在食物包装和医疗设备上。
LayBrick :是天然矿物填料(超细研磨白植土)和无毒聚酯的混合物,LayBrick打印产品质感和石头类似。可用于制作建筑模型,可打磨,无须加热平台。
Strong and Flexible Plastic(坚固而有柔韧性的塑料) :此材料通过烧结工艺实现,它具有强度高、细节细致且柔韧的特性。它可以被染成多种颜色且可抛光处理。非常适于制作电话外壳、可穿戴产品和四轴飞行器框架。“不防水,不可放入洗碗机,不能回收再利用,对食品不安全,耐热度为80℃”。
Detail Plastic(高细节塑料) :这是一种基于丙烯酸的感光聚合物,能制作具有高细节度,但对抗热和抗压要求不高的物品,非常适于制作小物件。“不防水,不可放入洗碗机,不能回收再利用,对食品不安全,耐热度为48℃”。
Frosted Detail and Frosted Ultra Detail Plastic(磨砂细节和磨砂超细节塑料) :采用多点喷墨建模(Multijet Modeling)工艺,通过UV光固化将熔化的塑料通过多个喷嘴一层层沉积到一个平台上。这个工艺能够制作细节度非常高、特征丰富且很薄的壁,非常适合做微缩模型和其他模型。可后期上色,“不防水,不可放入洗碗机,不能回收再利用,对食品不安全,耐热度为80℃”。
Paintable Resin(可上色的树脂) :采用立体光刻技术,可制作高细节度、需要中等机械抗性的产品,可后期上色,适合制作演示模型和雕塑。
Transparent Resin(透明树脂) :采用立体光刻技术制作全透明高细节度、非常光滑的产品,可加入颜料,适合制作演示模型和雕塑。以Somos 11122为例,如图2-46所示,看上去更像是真实透明的塑料,具有优秀的防水和尺寸稳定性。
Somos Next白色树脂 :Somos Next材料为白色材质,类PC新材料,材料韧性非常好,如电动工具手柄等基本可替代SLS制作的尼龙材料性能,而精度和表面质量更佳。制作的部件拥有迄今最先进的刚性和韧性结合——这是热塑性塑料的典型特征,同时保持了光固化立体造型材料的所有优点:做工精致、尺寸精确和外观漂亮。材料颜色:白色。材料应用:汽车、家电、电子消费品。Somos Next的打印案例如图2-47所示。
图2-46 Somos 11122的打印效果(图片来源:DSM Desotech)
图2-47 Somos Next的打印效果(图片来源:DSM Desotech)
Prime Gray(灰色树脂) :采用立体光刻技术制作高细节度、非常光滑的灰色产品。非常适于制作产品原型、展示模型和桌面玩具等。
环氧树脂(类透明PC类) :这种便于铸造的激光快速成型树脂含灰量极低(1500º F时的残留含灰量<0.01%),可用于熔融石英和氧化铝高温型壳体系,不含重金属锑。可用于制造极其精密的快速铸造模型。材料颜色:透明。材料应用:汽车、家电、电子消费品。环氧树脂的打印案例如图2-48所示。
图2-48 环氧树脂的打印效果(图片来源:iam3d.cn)
Rubber Like(类橡胶) :采用EOS的选择性激光烧结工艺,由热塑性聚氨酯粉末床层层烧结获得,此材料的特点是非常强壮且柔韧,适于制作手机壳、夹子和所有需要在压力下有一点韧性的物品。该材料还处于测试阶段。
Durable Plastic(耐用塑料) :采用3D Systems公司的选择性激光烧结工艺将尼龙粉末熔融成坚固的产品,适于制作原型和功能性零部件。
尼龙聚合物Taulman 645 :Taulman3D推出一款采用1.75mm尼龙聚合物的名为taulman 645的打印材料,具有非常高的强度、耐久性和优异的黏连性。Taulman3D官方称该款3D打印材料的成型效果甚至可与金属材料相媲美。
尼龙玻纤 :在尼龙中添加玻璃纤维、增韧剂等共混材料来增强力学性能。尼龙玻纤外观是一种白色的粉末,比起普通塑料,其拉伸强度、弯曲强度有所增强,热变形温度以及材料的模量有所提高,材料的收缩率减小,但材料表面变粗糙、冲击强度降低。尼龙玻纤的打印案例如图2-49所示。
图2-49 尼龙玻纤的打印案例(图片来源:3door.com)
TPU92A-1 :巴黎时装周上模特在T台上展示的3D打印时装,是由 Materialise公司发明的一种新材料TPU92A-1所构成。这种材料拥有非常好的弹性和超韧性,能够在受到高强外力的情况下快速恢复原来的形状,如图2-50所示。
图2-50 TPU92A-1的打印效果(图片来源:Materialise)
HIPS :即高抗冲聚苯乙烯,是全世界用于生产使用最多的高分子材料。因为它的强度、卫生、蓄热等特性,也被广泛地应用在食品包装上。它外表白色且光亮并且被认为对人类和动物没有毒性。如图2-51所示,HIPS在柠檬烯中是可溶的,柠檬烯是一种无色伴有橘子味道的液烃。
图2-51 HIPS的打印效果(图片来源:3ders.org)
PolyFlex :PolyFlex是上海Polymaker公司生产的一种柔性耗材,适用于大多数的桌面FDM 3D打印机。与传统打印材料(如ABS和PLA)不同,使用PolyFlex打印的物品具有较高的柔性和回弹性,如图2-52所示。打印的模型柔软且具有弹性,具有防摔抗折的特性,广泛应用于服饰、贵重物品保护外罩等领域。
图2-52 PolyFlex的打印效果(图片来源:Polymaker)