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超全面3D打印资料大解析

用途:

  3D打印,是依据所规划的3D模型,经过3D打印设备逐层添加资料来制作三维产品的技能。这种逐层堆积成形技能又被称作增材制作。3D打印归纳了

  一是产品需求进行精准的三维规划,运用计算机辅助规划(CAD)东西对产品全方位精准定位;

  因为3D打印制作技能彻底改变了传统制作工业的办法和原理,是对传统制作形式的一种推翻,因而3D打印资料成为约束3D打印开展的首要瓶颈,也是3D打印打破立异的要害点和难点地点,只要进行更多新资料的开发才干拓宽3D打印技能的运用范畴。现在,3D打印资料首要包含聚合物资料、金属资料、陶瓷资料和复合资料等。

  工程塑料指被用做工业零件或外壳资料的工业用塑料,是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。工程塑料是当时运用最广泛的一类3D打印资料,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。

  ABS资料因具有杰出的热熔性、冲击强度, 成为经过熔融堆积3D打印的首选工程塑料。 现在首要是将ABS预制成丝、粉末化后运用,运用规模简直涵盖了一切日用品、工程用品和部分机械用品。近年来ABS不但在运用范畴逐渐扩展,并且功用不断提高,凭借ABS强壮的粘接性、强度经过对ABS的改性,使其作为3D打印资料在更广规模得到运用。

  2014年国际空间站用ABS塑料3D打印机为其打印零件;世界上最大的3D打印机资料公司Stratasys公司研发的最新ABS资料ABS-M30,专为3D打印制作规划,机械功用比传统的ABS资料提高了67%, 然后扩展了ABS的运用规模。

  PA强度高,一起具有必定的柔耐性,因而可直接运用3D打印制作设备零部件。运用3D打印制作的PA碳纤维复合塑料树脂零件强度耐性很高,可用于机械东西代替金属东西。别的,因为PA的粘接性和粉末特性,可与陶瓷粉、玻璃粉、金属粉等混合,经过粘接完成陶瓷粉、玻璃粉、金属粉的低温3D打印。索尔维公司作为全球PA工程塑料的专家,根据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。用工程塑料代替传统的金属资料,终究处理了轿车的轻量化问题。

  PC具有优异的强度,其强度比ABS资料高出60%左右,因而合适于超强工程制品的运用。索尔维公司作为全球PA工程塑料的专家,根据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。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打印制作。

  PPSF具有最高的耐热性、强耐性以及耐化学性格,在各种快速成型工程塑料资料之中功用最佳,经过碳纤维、石墨的复合处理,PPSF显示出极高的强度,可用于3D打印制作高接受负荷的制品,成为代替金属、陶瓷的首选资料。

  PEEK具有优异的耐磨性、生物相容性、化学安稳性以及杨氏模量最接近人骨等长处,是抱负的人工骨替换资料,合适长时间植入人体。根据熔融堆积成型原理的3D打印技能安全便利、无需运用激光器、后处理简略,经过与PEEK资料结合制作仿生人工骨。

  EP(Elasto Plastic)即弹性塑料,是Shapeways公司最新研发的一种3D打印原资料,它能够避免用ABS打印的穿戴物品或可变形类产品存在的脆性问题。望文生义,Elasto Plastic是一种新式柔软的3D打印资料,在进行塑形时和ABS相同均选用“逐层烧结”原理,但打印的产品却具有相当好的弹性,易于康复形变。这种资料可用于制作像3D打印鞋、手机壳和3D打印衣物等产品。

  Stratasys公司推出一款全新的3D打印资料—Endur,它是一种先进的仿聚丙烯资料,可满意各种不同范畴的运用需求。Endur资料具有高强度、柔韧度好和耐高温功用,用其打印的产品外表质量佳,且尺度安稳性好,不易缩短。Endur具有超卓的仿聚丙烯功用,能够用于打印运动部件、咬合啮合部件以及小型盒子和容器。

  3D打印生物塑料首要有聚乳酸(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,具有杰出的可生物降解性。

  PLA(Poly Lactic Acid)即聚乳酸可能是3D打印起先运用得最好的原资料,它具有多种半通明色和光泽质感。作为一种环境友好型塑料,聚乳酸可生物降解为活性堆肥。它源于可再生资源—玉米淀粉和甘蔗,而不是非可再生资源——化石燃料。新加坡南洋理工大学的Tan K H等在运用PLA制作安排工程支架方面的研讨中,选用3D技能成型生物可降解的高分子资料,制作了高孔隙度的PLA安排工程支架,经过对该支架进行安排剖析,发现其具有成长才能。

  PETG是选用甘蔗乙烯出产的生物基乙二醇为质料组成的生物基塑料。具有拔尖的热成型性、坚耐性与耐候性,热成型周期短、温度低、成品率高。PETG作为一种新式的3D打印资料,兼具PLA和ABS的长处。在3D打印时,资料的缩短率十分小,并且具有杰出的疏水性,无需在密闭空间里储存。因为PETG的缩短率低、温度低,在打印过程中简直没有气味,使得PETG在3D打印范畴产品具有更为宽广的开发运用远景。

  PCL是一种生物可降解聚酯,熔点较低,只要60℃左右。与大部分生物资料相同,人们常常把它用作特别用处如药物传输设备、缝合剂等,一起,PCL还具有形状回忆性。在3D打印中,因为它熔点低,所以并不需求很高的打印温度,然后到达节能的意图。在医学范畴,可用来打印心脏支架等。

  热固性树脂如环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、芳杂环树脂等具有强度高、耐火性特色,十分合适运用3D打印的粉末激光烧结成型工艺。哈佛大学工程与运用科学院的资料科学家与Wyss生物工程研讨所联手开发出了一种可3D打印的环氧基热固性树脂资料,这种环氧树脂可3D打印成修建结构件用在轻质修建中。

  光敏树脂是由聚合物单体与预聚体组成,因为具有杰出的液体流动性和瞬间光固化特性,使得液态光敏树脂成为3D打印耗材用于高精度制品打印的首选资料。光敏树脂因具有较快的固化速度,表干功用优异,成型后产品外观滑润,可出现通明至半通明磨砂状。尤其是光敏树脂具有低气味、低刺激性成分,十分合适个人桌面3D打印体系。

  高分子凝胶具有杰出的智能性,海藻酸钠、纤维素、动植物胶、蛋白胨、聚丙烯酸等高分子凝胶资料用于3D打印,在必定的温度及引发剂、交联剂的效果下进行聚合后,构成特别的网状高分子凝胶制品。如受离子强度、温度、电场和化学物质改变时,凝胶的体积也会相应地改变,用于形状回忆资料;凝胶溶胀或缩短产生体积改变,用于传感资料;凝胶网孔的可控性,可用于智能药物开释资料。

  现在大多数3D打印耗材是塑料,而金属杰出的力学强度和导电性使得研讨人员对金属物品的打印极为感兴趣。

  不锈钢是最廉价的金属打印资料,经3D打印出的高强度不锈钢制品外表略显粗糙,且存在麻点。不锈钢具有各种不同的光面和磨砂面,常被用作珠宝、功用构件和小型雕刻品等的3D打印。

  高温合金因其强度高、化学性质安稳、不易成型加工和传统加工工艺本钱高级要素,现在已成为航空工业运用的首要3D打印资料。跟着3D 打印技能的长时间研讨和进一步开展,3D打印制作的飞机零件因其加工的工时和本钱优势已得到了广泛运用。

  选用3D打印技能制作的钛合金零部件,强度十分高,尺度准确,能制作的最小尺度可达1mm,并且其零部件机械功用优于铸造工艺。英国的Metalysis公司运用钛金属粉末成功打印了叶轮和涡轮增压器等轿车零件。此外,钛金属粉末耗材在3D打印轿车、航空航天和国防工业上都将有很宽广的运用远景。

  镁铝合金因其质轻、强度高的优胜功用,在制作业的轻量化需求中得到了很多运用。在3D打印技能中,它也毫不例外地成为各大制作商所中意的备选资料。

  镓(Ga)首要用作液态金属合金的3D打印资料,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,也不会蒸腾。镓可用于柔性和弹性性的电子产品,液态金属在可变形天线的软弹性部件、软存储设备、超弹性电线和软光学部件上已得到了运用。

  北卡罗琳州立大学化学和生物分子工程的副教授Michael Dickey运用镓(Ga)与铟(In)的液态金属合金经过3D打印技能在室温下发明了一种三维的自立式结构,这一奇观的诞生得益于镓-铟合金在空气中与氧气产生反响构成了一层能够坚持零件形状的氧化膜。这一技能在3D打印中被用于衔接电子部件。

  3D打印的产品在时尚界的影响力越来越大。世界各地的珠宝规划师获益最大的好像便是将3D打印快速原型技能作为一种强壮,且可便利代替其他制作办法的构思工业。在饰品3D打印资料范畴,常用的有金、纯银、黄铜等。

  硅酸铝陶瓷粉末能够用于3D打印陶瓷产品。3D打印的该陶瓷制品不透水、耐热(可达600°C)、可回收、无毒,但其强度不高,可作为抱负的炊具、餐具(杯、碗、盘子、蛋杯和杯垫)和烛台、瓷砖、花瓶、艺术品等家居装饰资料。

  美国硅谷Arevo实验室3D打印出了高强度碳纤维增强复合资料。比较于传统的挤出或注塑定型办法,3D打印时经过准确操控碳纤维的取向,优化特定机械、电和热功用,能够严厉设定其归纳功用。因为3D打印的复合资料零件一次只能制作一层,每一层能够完成任何所需的纤维取向。结合增强聚合物资料打印的杂乱形状零部件具有超卓的耐高温和抗化学功用。