2.3 3D打印材料选择

第1章中提到，3D打印技术是材料科学等多种学科的交叉，制约3D打印机发展的不仅是自身价格和技术的原因，还有打印过程中所需要的材料。所以，解决3D打印材料的问题也是解决3D打印技术发展的一个重要因素。

2.3.1 常见3D打印材料

3D打印机需要打印材料，尤其是FDM机型需要将打印材料制作成线状的材料，我们通常称为线材（3D打印耗材）。时下，3D打印材料的种类有很多，常见的有ABS、PLA、尼龙（Nylon）。

1.ABS

ABS是一种常用的热塑型高分子材料，质量轻，机械强度高，经常应用在模具注塑、挤出打印。ABS一个明显的缺点是需要在高温环境下打印（通常挤出头温度要设定在210～240℃），并且由于挤出材料的温度明显高于室温，热胀冷缩现象严重，打印丝极易变形、收缩。ABS的软化温度在100℃左右，所以不适合高温应用场合。另一个显著的缺点是在打印过程中会产生强烈的气味，需要在通风的环境下进行。

2.PLA

PLA是一种新型生物降解材料，可以用植物（如玉米）淀粉制作而成，价格低廉、绿色环保、无毒，由于有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中的微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利。PLA要求打印温度低，通常可以在180～220°C打印，软化温度在60°C左右。PLA打印材料强度高、弹性小、不易变形，强外力作用下易破损。图2-16为PLA。

我们很难单独从外观判断出ABS和PLA，观察对比后发现，ABS呈亚光，而PLA很光亮。如果加热到195℃，PLA可以顺畅挤出，ABS则不可以；加热到220℃，ABS可以顺畅挤出，PLA会出现鼓起的气泡，甚至出现炭化现象而堵住喷嘴。

3.尼龙

尼龙并不像ABS、PLA那样常用，但是在SLS类型3D打印机中使用广泛。尼龙打印件柔软耐磨，并且具有自润滑的特性，适合打印齿轮等部件。尼龙也有很多明显的缺点，相比ABS、PLA更黏稠，经常出现打印成堆的情况，且更易翘曲。打印尼龙时，需要注意尼龙一定要保持干燥，含水分的尼龙很容易堵住打印头。

4.其他材料

从其他成型技术方面考量，3D打印材料还有很多。如：

（1）DLP/SLA成型技术下的树脂材料使用光敏树脂打印出来的物品，表面较为光滑、成型质量高，所以许多DLP机型被定位为珠宝级别。光敏树脂一般是液化状态，若长期不使用容易导致硬化，并且该材料具备一定的毒性，在不使用的状态下需要对其进行封闭保存。光敏树脂价格较贵，由于使用时需要将其倒进器皿内，所以容易导致浪费。图2-17为采用光敏树脂打印的模型。

（2）金属金属（如铝、铁、钢、银、金、钛等）一般用于工业级别的机型。就成型技术而言，选择性激光烧结技术（SLS）、直接金属激光烧结技术（DMLS）、电子束熔炼技术（EBM）都有相对应的金属材料。这些成型技术一般需要粒状物料进行成型，材料一般都为粉末。图2-18为采用金属打印的模型。

（3）陶瓷陶瓷也是选择性激光烧结技术（SLS）所使用的打印材料。使用陶瓷可以制作各种颇富艺术气息的陶瓷制品，如瓷杯、瓷勺等。值得我们注意的是，同食品3D打印技术一样，如选择FDM陶瓷3D打印技术也需要后期烧制过程。

另外，还有各种性能的材料，如具有磁性的材料、可导电的材料、仿木质材料、弹性材料、类似混凝土的坚硬材料、用于生物3D打印的特殊材料等，这些材料适用于不同应用领域，展现其各自的特色。当然，在3D打印领域还有各种意想不到的材料（例如泥土），食用材料（例如巧克力），变色材料，沙子等。

能适应多种材料的3D打印机目前已经推出，如Stratasys在2016年新推出的3D打印机，在原彩色多材料3D打印机的基础上增加了更多功能，赋予用户更丰富的色彩及材料选择——超过360000种不同的色彩和多种材料特性，从刚性到柔性，从不透明到透明，应有尽有。

通过使用Stratasys多材料3D打印机，用户在打印某一件原型时，3D打印机能一次性完整打印出全彩色、具备色彩纹理和多材料的模型，无须花费时间进行后期喷漆和装配。

在模型同一部位使用大量不同的色彩和材料，从而在成品上体现不同的材料属性，这不仅缩短了打印时间，而且能满足几乎任何应用需求的模型、原型及部件的制作要求，包括加工工具、模具、夹具与卡具等。图2-19为一次打印的彩色运动鞋。

2.3.2 材料的选择

材料选择的注意事项如下：

1）一般情况下，好的材料要求流动性好，但也要适中，流动性太好，打印时容易垂丝，造成成型产品缺陷；流动性太差，则打印时不出丝，或者断丝。选择适中的材料，层与层之间吻合度高，打印的层面也更漂亮。

2）每款3D打印机都有其专用的打印材料，使用的材料直径各不相同（常用材料直径为1.75mm、3mm），而市场上出售的材料直径却大小不一，例如1.75mm规格的材料实际规格有1.66mm、1.70mm等。如果选择比打印机规格小的材料，放在打印机里容易出现打印不出丝、出丝不均匀、断丝的情况。

3）每个生产厂家生产的材料添加剂不同。材料中水分添加比例过大，打印出的模型外壁会出现积屑瘤，层层堆积挤压，影响模型外形。建议3D打印机只使用同一生产商的材料，不要频繁更换打印材料。

4）每款3D打印机尽量只打印一种材料，经常换用ABS和PLA或其他材料，容易造成堵头。

5）常见的质量差的、工艺不过关的材料有下列特征：（除线径）表面弯曲不直、拉伤、拉痕（白痕）、暗痕、气泡、灰尘等。

6）包装方面，现在大部分厂家喜欢用透明PVC胶缠绕膜，缠绕久了或者稍微加温，容易和材料混在一起，粘得很紧，很难分离，严重影响使用。

7）干燥剂：3D打印材料包装里面需加干燥剂以防止回潮，有些材料也可以不使用干燥剂，使用真空包装，外面再加个封口袋足以放置很久。开封的材料一般可以在空气中暴露3个月，如果需要长期放置，请注意材料防潮。 bpCbPO/zDd5Y32Q5jaX42hJzA1FMeCaKISoOdmcPQCjVUp1eqdj3cbloFknPYuxN