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如何突破瓶颈:神奇的3D打印材料盘点

发布日期:2015-05-11

OFweek3D打印网讯:3D打印凭借其独特的制造技术,让我们得以生产前所未有的各类物品,并为企业减少主要成本、缩短工时以及去除复杂工艺障碍。目前,我们已知的3D打印材料就有塑料熔丝、光敏树脂、金属粉末、生物高分子等等种类繁多,而3D打印技术的真正优势正是在其打印材料,可以很好地模仿塑料与金属材料的机械或热能属性。然而,这也是当前制约3D打印发展的一大技术瓶颈。

增材制造工艺重点在其材料上,是其不可或缺的物质基础,决定了最终成品的属性。近几年,3D打印技术得到快速发展,应用领域也更为广泛,但在材料供给上并不乐观,成为制约3D打印进一步发展的技术瓶颈。目前,国内在3D打印原材料方面,缺少相关标准,加之生产3D打印材料的企业很少,特别是金属材料方面,仍依赖进口,导致价格居高不下,导致3D打印产品成本较高,影响其产业化进程。因此,建立相关标准迫在眉睫,同时加大对3D打印材料研发以及产业化给予资金支持。

是瓶颈更是优势

就目前制造机械而言,要将不同材料混合制成一件产品是非常困难的事,原因在于传统机械在切割或模具成型过程中,不能轻易地将多种原材料结合在一起,而这也正是3D打印的优势所在--材料无限组合。

3D打印机制造的混合材料具备惊人的多重属性,同时能使制造出的部件拥有物体不同部分所需的不同材料属性,而这是其它制造行业无法比拟的。?此外,匹配传统制成部件的属性是没有太大发展空间的。所以,将3D打印技术单纯的看作是替代传统生产过程,将令3D打印技术的价值大打折扣,该技术可为传统问题带来一种更为独特的解决方案。

埃克塞特大学研发出一种特殊性能的铝复合材料,可在选择性激光熔化过程中形成;Objet Connex系统打印的107种材料中,有90种是在制造过程中混合而成;Optomec公司的激光工程末冶金零件近净成形及气溶胶喷射技术,均在沉积过程中进行多种材料合成。?不得不承认,有些事情恐怕只有3D打印机才能做到,下面笔者将为大家全面盘点那些神奇的3D打印材料。

ABS塑料类

ABS是FDM打印技术最为常见的打印材料,颜色可选性多,可以打印制作各类极具创意的家居饰品,亦或是诸如乐高等趣味玩具,是消费级3D打印机用户最中意的打印耗材之一。通常情况下,ABS材料呈细丝盘装,3D打印机喷嘴将其加热熔解,加热温度一般高于ABS材料熔点1℃至2℃,经喷嘴喷出后迅速凝固。但碍于ABS材料的熔点不同,且打印机喷嘴无法调节温度,故不能通配,所以最好选择在原厂购买打印材料。

PLA塑料熔丝

PLA塑料熔丝是另一种消费级3D打印机常用到的打印材料,由于PLA可以降解,所以更绿色环保。与ABS不同之处在于,一般情况下,PLA不需要加热床更容易使用,并且更适合相对低端的3D打印机。同样,PLA也有多种颜色可供选择,另外还能提供半透明的红、兰、绿以及全透明的材料。不过PLA的通用性,也有待提高。

可变色的PLA熔丝

PLA与ABS熔丝是最为常见的3D打印线材,除了在颜色类别上大做文章外,MakerGeeks公司发布了一款可随温度变换颜色的PLA 3D打印长丝,他们称其为“Thermochrome Grey EcoPLA?”。该长丝直径为1.75毫米,当温度低于29°C时长丝呈黑色,当温度高于29°C时则会变的完全透明,重点是打印出来的东西也具备这种属性。

海藻SWF长丝

一家名为Le Fabshop的初创公司,历时一年的时间开发出了世界上首个用海藻提炼制成的“绿色”3D打印打印长丝SWF。海藻是一种常见却又非常宝贵的原料,它不需要淡水、不需要农药或化肥,你只需要开发出一种模式使其兼容3D打印。

金属材料

我们知道,不锈钢不仅坚硬牢固更具有不会生锈的特性。不锈钢粉末可通过SLS打印技术进行3D烧结凝固塑形,并为用户提供银色、古铜色以及白色等外观颜色。选择不锈钢材料,用户可以制作模型、现代艺术品以及很多兼具功能性与装饰性的日常生活用品。

当然,除了前面所说的不锈钢材料外,通过SLS技术将金、银的粉末烧结,同样可以用来打造饰品。而钛金属则是高端3D打印机常使用的打印材料,可用于航天航空领域。美国宇航局近期刚完成对3D打印火箭喷射器的测试工作。

树脂材料

作为SLA光固化成型的重要原料,树脂变化种类繁多,透明的、半固体状的,可用来制作中间设计过程模型,且成型精度要高于FDM技术,可用来制作生物模型或医用模型。

陶瓷粉末材料

过去,我们想要制作一件完整的陶瓷制品,需经过原料制作、成型、烧制、上釉等专业度较高的制作工序,一般爱好者很难实现。现在,我们完全可以通过建立模型,再将陶瓷粉末通过SLS技术进行烧结完成,而上过釉的陶瓷产品完全可以用来盛食物,很多人用陶瓷来打印个性化的杯子。不过,3D打印并不能完成陶瓷的高温烧制,需在打印完成之后再进行高温烧制。

陶瓷材料因具备高强度、高硬度、耐高温、低密度、化学稳定性好、耐腐蚀等优异特性,而广泛应用于航空航天、汽车、生物等领域。陶瓷材料也因硬而脆的特点,使其难以加工成型,尤其是复杂的陶瓷件需借助模具成形。目前,陶瓷直接快速成形工艺尚不成熟,国内外均处于研究阶段,未实现商品化。


尼龙铝粉材料

尼龙铝粉,顾名思义就是在尼龙的粉末中掺杂一部分铝粉,通过SLS技术进行打印,使打印出的成品赋有金属的光泽。当铝粉含量从0增大到50%时,所制成品的热变形温度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量以及硬度,比单纯尼龙烧结件分别提高了87℃、10.4%、62.1%、122.3%及70.4%。此外,烧结件的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度,也随着铝粉平均粒径的减小而增大。

石墨烯

作为目前世间最轻薄、最坚硬的新型纳米材料,石墨烯而荣登材料界的新宠。现在,人们将其与3D打印技术结合,为3D打印材料再填新丁。就在数月前,Grafoid投资125万美元新建MesoGraf平台,旨在能够大规模生产高纯度、高密度的石墨烯。科学们家认为,3D打印石墨烯材料是一种神奇的材料,并将永远改变世界。

彩色打印/其他材质

实际上,彩色打印分两种,一类是两种或多种颜色的相同或不同的材料,从各自的喷嘴中挤出,最常用的是消费级的FDM 双喷嘴的打印机,通过两种或多种材料的组合来形成有限的色彩组合;另一外类,则是借鉴喷墨打印机的原理,通过不同的染色剂的组合,以及将粘黏剂混合注入打印材料粉末中进行凝固。打印材料通常选择为树脂、聚丙乙烯或ABS,而“全彩”打印技术最成熟的仍属3D system公司,以色列的Objet公司排名第二(已与美国Stratasys公司合拼)。

文章来源:pconline








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