一站式读懂如何为3D打印应用选择合适的聚合物材料

如今，越来越多的材料正逐渐与增材制造技术兼容，从热塑性塑料到金属、陶瓷和光敏树脂。其中，聚合物作为材料大类，可广泛应用于多种3D打印技术中。然而，要为每个应用和行业选择合适的3D打印聚合物也是一个复杂的问题。因此，了解每种材料的属性和特性对于确保最终零件的正确性能相当重要。

为了更好地了解如何选择合适的聚合物材料，来自OMNI3D的FFF 3D打印技术主管Krzysztof Kardach、巴斯夫Forward AM 3D技术咨询部销售经理Fernanda Kronjäger 以及 捷克Fillamentum市场专员Martin Opustil，为我们解答了一系列相关问题：目前市场可以找到哪些类型的聚合物？它们最适合哪些应用?选择材料时应考虑哪些因素?

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一. 3D打印聚合物的分类

目前有多种聚合物可用于3D打印，大致可分类为：液态树脂、固态细丝和粉末。主要是热塑性塑料（PLA或ABS）、弹性体（TPA或TPU，以长丝或粉末状）、光敏聚合物（如树脂），以及可以创建支撑结构的可溶性聚合物。此外，还有聚酰胺，通常以粉末形式（PA11、PA12）用于选择性激光烧结或SLS，但也以与挤出方法兼容的长丝形式（PA6）存在。

3D打印材料市场非常广阔，可以找到各种各样所需的材料，从传统材料（如 PLA、ABS），到复合材料（碳纤维、芳纶纤维），再到技术先进的材料（CPE、ASA、PA）或具有特定先进价值（如耐化学性、阻燃性、耐候性）的直接工业材料等。根据不同客户应用的需要，这些材料的数量也在逐年增加。3D打印技术正在向越来越多的应用开放，因此需要满足每个领域的需求。

二. 影响聚合物3D打印工艺选择的因素

在选择正确的材料之前，需要知道如何评估该工艺的所有决定性因素。一个方面是，零件的设计会因所使用的技术而受到影响。以设计一个用于挤压的3D模型为例，由于需要支撑，因此零件的复杂性将受到限制。另一方面，在粉末床工艺中，一般来说设计自由度更大，因为无需支撑物，甚至可以再现零件上的细枝末节。

在涉及到挤压式工艺时，大家通常需要考虑以下问题：在FFF 3D打印中，必须考虑材料和打印机的限制。例如，部分长丝可用于可溶解或脱离的支撑物进行打印，但有一些长丝的支撑必须用相同的材料制成。

这就意味着我们必须以机械方式移除它们，因此支撑件不能位于零件内部。另一个因素是材料的收缩性。在使用上述指定的技术或超聚合物打印时，后续层的横截面积快速变化的部件会引起变形的问题。

FFF 3D打印使用聚合物（图片来源：OMNI3D）

零件的设计也会影响材料的选择，对于需要坚固和具有良好表面光洁度的零件，热塑性塑料通常是最佳选择。然而，对于需要灵活性和回弹性的部件，弹性体是更好的选择。后处理也是一个重要的因素，某些材料需要后处理才能达到预期的表面光洁度或强度。

三. 聚合物3D打印的应用考虑因素

越来越多的行业和细分领域正在将4.0技术融入生产。基本聚合物通常不会因温度、化学环境或机械应力而发生降解的情况。另一方面，如ULTEM或PEEK等高性能聚合物，更适合于高要求的工业环境。

最常考虑的因素和建议是：对于耐化学性的PPS或PET-G材料，耐热性的PA12-CF、PEI或PPSU，韧性的PP、TPU或PC，抗紫外线的ASA或PC，以及防水零件，需要避免使用任何纤维填充的聚合物。

不同类型的聚合物对其用途的影响方式：建议热塑性塑料用于需要强度和良好表面处理的应用，如机械零件或医疗用品。弹性体最适合于需要灵活性和弹性的应用，如减震器和垫圈。对于后处理，使用的材料类型应取决于所需的最终结果。由此可以看到，聚合物材料的选择范围很广泛，在选择其一前，详细了解零件的应用类型是非常重要的。

听听3D打印专家的建议

OMNI3D的FFF 3D打印技术主管Krzysztof Kardach：在决定使用哪种聚合物材料时，首先得考虑零件的质量、尺寸和数量方面的要求。在此基础上，进一步寻求适合的技术，并与相关专家探讨其具体应用。如果你准备买一台价格不菲的打印机，先买一套测试组件，这样可以更好地验证概念。”

巴斯夫Forward AM 3D技术咨询部销售经理Fernanda Kronjäger：对于如何进行3D打印，我可以向读者提出许多建议。但一句话总结：设计自由，节省成本，创造真实的零件和超越原型。不用想太多，尽管去做!”

捷克Fillamentum市场专员Martin Opustil：对于那些希望采用聚合物3D打印的企业，我们建议是先做一定研究，找到最适合他们需求的材料。此外，还应将所需的后处理和环境影响都考虑在内。最后，寻找到一家能够提供优质原料的可信赖的供货商也很重要。”

如今材料和3D打印技术的发展已经日臻成熟，预计未来几年产业增长动力将由以3D打印设备为主向设备和材料双驱动转变，3D打印材料需求量将较快增长。IDTechEx新报告显示，聚合物3D打印正在从原型制作转向最终用户的高价值采用，这将推动其在2033年增长至211亿美元。

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