2.3 塑料还是石膏？3D打印机的各种耗材

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。

在将各种耗材“一网打尽”之前，我们先挑出几种应用最广泛的耗材专门详细介绍一下，比较它们之间的差别。特别是，目前3D照相馆的3种主要耗材为ABS、PLA和石膏，为此我们专门配上了各自的人像打印效果图。

ABS：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯

ABS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。打印较大模型时，最好使用 热床 ，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2-21所示。

ABS材料的特点如下。

● 综合性能较好，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，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。

PLA：聚乳酸，植物淀粉的衍生物

聚乳酸（PLA）是一种优良的聚合物，原因是多方面的。首先，它是生物环保的，因为它从玉米制成，是一种可再生资源。其次，生物可降解，这意味着将不需要一个垃圾填埋场。第三，它的颜色，打印的效果如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2-22所示。

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。

● 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。

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，然后被很方便地清理掉。

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2-23所示。

PC：聚碳酸酯

翘曲度低，强度高且比ABS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。

尼龙

更柔韧，不需要加热平台或风扇就可获得细节度较高的打印表面光洁度。尼龙的打印案例如图2-24所示。

光敏树脂

光敏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地高，非常适合对细节度要求高的雕塑和其他物品。光敏树脂的打印案例如图2-25所示。

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，还可在耗材上作文章。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2-26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，直径3mm，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2-26下方所示。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。

好了，介绍完以上几种常见的耗材，下面我们将其他耗材进行系统的归类描述。它们的打印效果如图2-27所示。

金属类

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℃”。

Stainless（不锈钢）：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℃”。

Sterling Silver（纯银）：这种材料不是直接用于3D打印的，是先用3D打印一个蜡模，再将蜡模转换成石膏模具，再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。

Titanium（钛）：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。可后期抛光，适于制作珠宝和功能件。

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。

Brass（黄铜）：铜和锌的混合材料，制作工艺和上面提过的银质物品一致。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。

Gold Plate（镀金）：不锈钢经3D打印之后镀金而成。

塑料和高聚合物类

BendLay：改进版ABS，号称透明度高、柔性好。BendLay可用在那些嫌ABS太硬，而又嫌柔性PLA（soften PLA）不够紧实的地方。BendLay不易卷翘，厂家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。

LayWoo-D3：再生木与高分子黏结剂结合的产物，可打印类似木材质地的一种线材。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。所以它不论是看起来、摸起来、闻起来都很像真正的木头。

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℃”。

Elasto Plastic（弹性塑料）：这是一种还处于评估实验期的材料。它采用粉末烧结工艺，非常地坚固且拥有超高弹力，但细节度和平滑度较低，非常适于制作手机壳和鞋子。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℃”。

Polyamide（聚酰胺）：采用粉末烧结技术，这种材料相当结实而略有弹性。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。

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。

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。

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。

其他类

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℃”。 k5fHGjiEJjJWmZSUucZz9q5s3tFezHiEAFcwvNEzftxXTanXjCGUsnqYTBtTd9UX