聚合物、金屬、陶瓷和複合材料,3D列印材料原來這麼複雜!
2020-11-23 騰訊網據不完全統計，目前3D列印材料的種類已超過了200種，但是在實際應用中，200多種列印材料仍然非常有限，因為現實中產品非常多，生產材料及組合也極其複雜。 按照技術的不同，3D列印可分為FDM（熔融沉積成形）、SLS（雷射選區燒結）、SLM（雷射選區熔化）等多種技術。而每種列印技術的列印材料都是不一樣的，比如SLS常用的列印材料是金屬粉末，而SLA通常用光敏樹脂，FDM採用的材料比較廣泛如ABS塑料、PLA塑料等等。 隨著技術的發展，目前3D列印的應用材料方面已取得非常大的進展。因此對於用戶來說，要真正實現和發揮3D列印的優勢，必須了解多種多樣可利用的材料以及每種材料如何發揮各自的具體特性來提升原型或生產用部件的品質。下文中，我們會詳細介紹較為常用的3D列印材料。 目前常用的3D列印材料主要包括聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料和複合材料等。
1
聚合物材料
（1）光敏樹脂光敏樹脂是最早應用於3D列印的材料之一，適用於SLA光固化成形技術，在特殊的光照(如紫外光)下能夠發生聚合反應以實現固化。由於成型精度要高於FDM技術，常用來製作生物模型或醫用模型。
（2）熱塑性聚合物ABS、PLA、PA、PC、PS、PCL、TPU、PEEK等都是常見的3D列印用熱塑聚合物材料：
ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料）
ABS是FDM列印技術最為常見的列印材料，具有良好的熱熔性、機械性和抗衝擊性。它的應用範圍幾乎涵蓋了所有日用品、工程用品和部分機械用品，多彩的顏色選擇也使其成為3D印表機用戶最喜愛的列印材料。
通常情況下，ABS材料呈細絲盤狀，3D印表機噴嘴將其加熱熔解，加熱溫度一般高於ABS材料熔點1℃至2℃，經噴嘴噴出後迅速凝固。
PLA（聚乳酸）
PLA是一種可降解的環保型列印材料，使用範圍很廣。與ABS相比，列印過程中不需要加熱床配合，更方便使用，更適用於低端3D印表機。
PA（尼龍）
PA不僅具有良好的力學性能，耐油性、耐熱性、耐腐蝕性也十分突出，是一種性能優良的工程塑料。廣泛應用於汽車、電子電氣、電動工具等行業。通過加入玻璃微珠、碳纖維、鋁粉等無機材料能夠使3D列印材料某些性能提高，更能滿足不同領域的應用需求。
2019 SIMM展會現場——盈普三維
PCL（聚己內酯）
PCL材料具有無毒、低熔點的特性，適宜用於兒童使用的製品。另外PCL還有良好的生物相容性和降解性，在醫療領域中有很大的應用空間，在4D列印方面也有相當的發展潛力。
TPU（熱塑性聚氨酯）
TPU具有一定的耐磨性、耐油性，彈性良好，適用於工業零件、鞋材、個人消費品等的製造。結合3D列印技術可以製造出傳統成形工藝難以製造的複雜多孔結構，使得製件擁有獨特且可調控的力學性能。
3D列印的鞋子你穿過嗎？
PEEK（聚醚醚酮）
目前對3D列印材料的開發中，PEEK正是熱點之一。其具有高熔點和優良的力學性能，在生物相容性方面也表現良好。在醫療領域中，由於經碳纖維增強的PEEK與人骨的楊氏模量最為接近，所以是一種理想的骨科植入物材料。
胸骨假體CAD模型及實物
金屬材料
（1）鐵基合金較常用的鐵基合金有工具鋼、316L不鏽鋼、M2高速鋼、H13模具鋼和15-5PH馬氏體時效鋼等。鐵基合金使用成本較低、硬度高、韌性好，同時具有良好的機械加工性，特別適合於模具製造。
（2）鈦及鈦基合金鈦及鈦合金以其顯著的比強度高、耐熱性好、耐腐蝕、生物相容性好等特點，成為醫療器械、化工設備、航空航天及運動器材等領域的理想材料。採用3D列印技術製造的鈦合金零部件尺寸精確，性能比鍛造工藝生產的同種零件更好。
2019 SIMM展會現場——漢邦科技
（3）鎳基合金鎳基合金是一類發展最快、應用最廣的高溫合金，廣泛用於航空航天、石油化工、船舶、能源等領域。
2019 SIMM展會現場——3D Systems
（4）鋁合金鋁合金密度低，耐腐蝕性能好，抗疲勞性能較高，且具有較高的比強度、比剛度，是一類理想的輕量化材料。
3
陶瓷材料
和樹脂材料、金屬材料的3D列印技術相比，陶瓷3D列印技術起步較晚，發展速度較慢，但因其具有巨大發展潛力而受到研究所和企業的熱捧。
陶瓷材料常用於SLS列印技術，具有硬度高、強度高、耐高溫、化學穩定性好等特點，在航天航空、電子、汽車、能源、生物醫療等行業有廣泛的應用前景。由於其大多數材料熔點很高甚至沒有準確熔點，在一定程度上還是限制了陶瓷材料的應用。
用陶瓷粉末列印的水杯，經燒結後即可正常使用。 傳統陶瓷材料主要包括粘土、水泥及矽酸鹽玻璃等，原料多為天然的礦物原料，分布廣泛且價格低廉，適合於日用陶瓷、衛生陶瓷、耐火材料、磨料、建築材料等的製造。
新型陶瓷材料採用高純度原料、可以人為調控化學配比和組織結構的高性能陶瓷，在力學性能上有顯著提高並具有傳統陶瓷不具備的各種聲、光、熱、電、磁功能。
4
複合材料
（1）碳纖維碳纖維具有耐高溫、耐腐蝕、高強度等特點，是近年來科學界研究的新寵，也是3D列印中新興的列印材料。碳纖維的引入可提高列印件的剛性強度，使結晶度更加均勻，目前科學界已有不少通過加入碳纖維來獲得新的3D複合列印材料的科研成果，並有望在未來得到進一步發展。
世界第一款3D列印碳纖維自行車架
當然，3D列印材料的分類並不局限於這些。其他的列印材料還包括了水泥、巖石、紙張、甚至是鹽等，這些材料的運用無法與塑料相比。隨著3D列印材料、工藝、裝備的持續發展，3D 列印技術將更有力地支撐我國向製造強國邁進的步伐。 *本文部分內容整理自網絡
相關焦點
-
HRL 實驗室發表陶瓷基複合材料3D列印新工藝
如果可以提高3D列印陶瓷材料的韌性，那麼3D列印陶瓷技術可能影響眾多陶瓷應用，包括推進、能量產生、化學加工、摩擦學和醫療植入物中用到的陶瓷零部件。目前已有陶瓷基增強材料，最著名的例子是使用長陶瓷纖維增強材料的陶瓷基複合材料（CMC），例如碳化矽/碳化矽（SiC / SiC），其韌性達到>30 MPa m1/2。傳統上，這些陶瓷基複合材料是由經過多次陶瓷前驅體聚合物浸潤和熱解步驟的剛性纖維預成型件製成的。 -
陶瓷or金屬|3D 列印材料在口腔醫學領域的應用
高分子材料已成為目前3D列印領域中基本的成熟的列印材料, 塑料作為高分子材料的代表, 具有較好的熱塑性、流動性與快速冷卻粘接性以及其迅速固化的性能。另外, 由於高分子材料具有良好的粘接性, 可以使其能夠與陶瓷、玻璃、纖維、無機粉末、金屬粉末等形成新的複合材料， 在口腔醫學中, 聚乳酸 (PLA) 、聚己內酯（PCL）、聚富馬酸二羥丙酯(PPF)等屬於比較常見的3D列印材料。 -
上海3D列印：一篇文章帶你了解陶瓷3D列印
，從剛性和柔性聚合物到高性能複合材料。陶瓷的起源可以追溯到希臘，在那裡他們會在高溫下烘烤黏土，使之變得堅硬。從技術上講，陶瓷是一種固體材料，由金屬、非金屬或離子和共價鍵組成的無機化合物組成。從這個角度來看，碳和矽也可以被認為是陶瓷，這一點很重要，因為許多3D列印陶瓷的名字聽起來更像金屬，因為它們不是來自粘土。如今，陶瓷被分為兩類：天然原料(粘土)組成的經典陶瓷和包括矽、碳和氮等其他材料的技術陶瓷。 -
巧婦不再難為無米之炊 3D列印材料大觀(全文)_3D印表機_辦公列印3D...
目前，3D列印材料主要包括聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料和複合材料等。目前，3D列印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D列印領域得到了應用。下面我們將從聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料和複合材料分別進行分析。 -
3d列印材料大全,看看你知道幾個
在3d列印領域，3d列印材料一直扮演著重要的角色。因此，3d列印材料是3d列印技術發展的重要物質基礎。在某種程度上，材料的發展決定了3d列印能否得到更廣泛的應用。目前，3D列印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠材料、金屬材料、陶瓷材料等。另外，彩色石膏材料、人工骨粉、細胞生物材料、砂糖等食品也用於3D列印領域。 -
3D列印金屬基複合材料-含碳纖維的液態金屬
與減材製造相比，增材製造的獨特優勢在於更容易加工金屬，具有生產獨特幾何形狀的部件的額外好處。除了開放處理難於加工的材料（如難熔金屬）之外，增材製造還使金屬基複合材料的加工（MMC）成為可能。通過一種被稱為纖維牽引列印（FTP）的工藝，將電鍍有鎳和銅的碳送入擠出機，再將其浸入熔融的錫鉛，並使用類似於Markforged，Anisoprint現有複合3D印表機的材料擠壓工藝進行列印。研究人員對這項技術進行了多次觀察。例如，由於液態金屬的表面張力，研究人員無法從理論上計算出如何實現形態均勻性。但是，該團隊能夠確定列印速度和沉積均勻性之間的實際關係。 -
航空發動機用理想材料——陶瓷基複合材料
該工藝的優點是製備過程中纖維損傷較小，製備的陶瓷基體純度高、晶型完整，複合材料的力學性能較高，但是製備工藝較為複雜、成本高、周期長、製備的複合材料孔隙率高。聚合物浸漬裂解法聚合物浸漬裂解法以聚合物液相先驅體（或溶液）為浸漬劑，通過多循環交聯固化、高溫裂解，獲得緻密化的複合材料。該工藝的優點是處理溫度低，近淨成型，能夠製備複雜大尺寸構件，其缺點是陶瓷收率低、製造周期長、材料孔隙率高。 -
【行業動態】普通臺式3D印表機也能列印金屬和陶瓷,原來秘密在塑料
【行業動態】普通臺式3D印表機也能列印金屬和陶瓷，原來秘密在塑料 2020-12-01 07:00 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務 -
一文看懂連續纖維複合材料的3D列印現狀
根據3D科學谷的市場觀察，複合材料連續纖維的3D列印正在處於厚積薄發的節點上，而介於目前金屬的3D列印多局限在航空航天及醫療這些高附加值產品的應用領域，3D科學谷認為當前的發展趨勢使得塑料的3D列印將比金屬的3D列印與應用端的結合面具有更加廣泛的潛力。 -
2020年中國3D列印材料行業市場現狀及發展前景分析 未來金屬3D列印...
1、中國3D列印核心材料仍以工程塑料為主根據IDC的對3D列印材料調查數據，2018年金屬耗材佔比為39.4%，低於塑料的40.4%，主要由於金屬列印的產業化正處於快速擴張階段，設備端的增長領先於材料消耗的增長。非金屬3D列印通常使用塑料、樹脂材料等，金屬3D列印通常使用各類合金粉末和線材。 -
Part2-2020中國3D列印-增材製造設備、材料、軟體研發進展
全流程解決方案l 公司名稱：深圳升華三維科技有限公司l 網址：www.uprise3d.cnl 2020研發重點：1）從列印材料、3D印表機、操作軟體到脫脂爐、燒結爐一整套金屬/陶瓷間接3D列印解決方案推向市場；2）大尺寸獨立雙噴嘴3D印表機的開發，實現兩種不同材料（金屬與金屬、金屬與陶瓷、陶瓷與陶瓷）的複合列印，列印尺寸可以達到500*500 -
Fraunhofer IKTS開發多材料噴射3D列印技術，可製造陶瓷、金屬等材料
德國Fraunhofer 陶瓷技術與系統研究所（Fraunhofer IKTS）開發了一種多材料噴射3D列印系統（Multi Material Jetting,MMJ）。MMJ 3D列印技術目前一次最多可列印四種不同的材料，包括金屬、陶瓷這樣的高性能材料。 -
Hexcel發布新型3D列印聚合物材料
當前，非EM使能的列印材料需要施加導電塗層，以使其具有在航空航天工業中使用所需的質量。電導率在航空應用中至關重要，因為它可使零件有效地管理電磁幹擾並吸收輻射。而在所有飛行器的設計中，靜電消散、電磁幹擾和輻射吸收的管理極為重要。 -
用於聚合物複合材料的新工藝，你見過嗎？
這種複合材料強度高、重量輕，在航空航天、汽車等許多行業中都有著應用。3D列印作為一種快速而簡單的製作技術正在經歷迅速發展。各種材料，如聚合物、金屬和生物材料已經被用於3D列印。這一過程也被稱為增材製造，包括通過一層一層地沉積材料，然後融合所有的層來構建複雜的3D形狀。聚合物複合材料是由聚合物與其他填充材料混合而成，其性能通常比單一聚合物要好得多。 -
「納米 技術」雜化納米材料有望改進陶瓷複合材料
它是一種預陶瓷聚合物，是用於形成高性能陶瓷纖維和複合材料的一類特殊聚合物。項目負責人Matthew Dickerson博士說：「我們工藝中使用的特殊聚合物使我們的工作與眾不同。」 「研究人員過去曾製造過這種有毛的納米粒子，但他們使用的是聚苯乙烯等有機聚合物。 -
高性能PEEK材料的3D列印應用指南~
PEEK(聚醚醚酮)是一種半晶態聚合物，綜合性能優良的特種工程塑料。具有高熔點(343°C)和優異的力學性能，生物相容性也十分出色， 是目前研究較熱的3D 列印材料。PEEK屬於聚酮聚合物（PAEK）家族，其家族成員還有PEK、PEEKK、PEKK或PEKEKK等。在傳統製造業中，基於PEEK的組件已經被許多行業所採用，得到了廣泛的認可。 -
預見2021:《2021年中國3D列印材料產業全景圖譜》(附發展現狀...
隨著材料技術與裝備技術的發展，將該技術應用於終端零件製造的願望越來越迫切，因此不僅對3D列印裝備提出了更高的要求，對3D列印材料各項性能的要求也日益提高。3D列印材料是3D 列印技術重要的物質基礎，它的性能在很大程度上決定了成形零件的綜合性能。發展至今，其材料種類已經十分豐富，主要種類包括聚合物材料、金屬材料、陶瓷材料等。 -
為何FRAUNHOFERIFAM專設工廠開展金屬絲3D列印？
aau訊（編輯 盧晶）近日，位於 Dresden的弗勞恩霍夫製造技術與先進材料研究院（IFAM）已啟動了新的增材製造設施計劃。由工業設備供應商Xerion Berlin Laboratories開發的Fusion工廠旨在用作金屬和陶瓷零件FFF列印的微型生產線。 IFAM希望新設備能夠「增強其作為工業和研究合作夥伴的能力」。 -
3D列印材料新突破：乳膠3D列印
要實現科學工程的突破，需要大量的工作和研究，更需要專業團隊技術攻關。 近日，據白令三維了解，來自高分子創新研究所、科學院和工程學院的維吉尼亞理工學院跨學科團隊共同提出了一種新的乳膠3D列印方法，並獲得了國家科學基金會獎。維吉尼亞理工大學也與米其林北美合作開展這個項目。 -
美國利用旋轉3D列印製造高強度材料
據美國媒體近日報導，哈佛大學一個研究團隊利用旋轉3D列印噴頭和精確控制的位置移動，使列印出的材料具有木材等自然材料才有的微觀纖維結構，從而顯著增強了複合材料的強度。這項研究成果獲得美國海軍實驗室和增材製造投資公司GettyLab的資助，發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。天然存在的複合材料，如牙齒、貝殼等，利用纖維結構的排列來提高強度。為了模仿自然界這一特性，此前增材製造業曾利用電磁場等途徑在聚合物中布置纖維結構，但這些手段會顯著增加製造的複雜程度，並難以做到局部控制。