3D打印材料PA12：特性、打印问题以及后处理过程

南极熊导读：尼龙（也称为聚酰胺或 PA）是一种有弹性且坚固的材料，可以应用于运动服中，使纺织品更坚固。由于其具有很好的耐磨性，可用于行李箱轮中；具有耐用、轻便且耐热的特点，可以用于汽车的进气歧管和电子设备的外壳。尼龙 PA12 甚至具有生物相容性，因此它也被用于骨科产品中，例如 3D 打印石膏和支架。那么PA12到底是什么?可以用于哪种3D中？后处理过程有什么呢？

人们使用尼龙已经近一个世纪，它已成为3D打印中常用且可靠的材料，是增材制造中最常用的塑料材料。尼龙由于熔点低而易于加工，在3D打印中具有很高的机械性能，该材料具有耐化学性、尺寸稳定且不易发生应力开裂等特点，在功能原型以及最终用途部件（如夹具和固定装置、备件、汽车部件、运动器材等）中得到广泛应用。

接下来，南极熊将重点介绍尼龙变体PA12（而不是 PA11 或 PA6），以及如何使用其粉末形式进行3D打印。首先，让我们一起来看看 PA12 有吸引力的材料特性。

什么是PA12尼龙？

△由 3D Systems 的 PA12 材料制成的零件， DuraForm。

PA12 代表聚酰胺 12，它是一种属于聚酰胺或尼龙家族的热塑性聚合物。它是 12-氨基十二烷酸或月桂内酰胺分子的聚合。聚合是一种化学过程，小分子（称为单体）结合形成更大、更复杂的结构（称为聚合物）。

PA12 具有 12 个分子并不一定比 3D 打印中另外两种常见的尼龙 PA11 或 PA6 更强，但它确实赋予了它一些不同的特性。一般来说，PA6 具有高强度和高刚度的特点，PA11具有柔韧性和耐化学性。PA12 的特性通常介于两者之间，具有强度、韧性和耐化学性的平衡，这也使其成为最受欢迎的尼龙。

PA12特性：
●强度、韧性和抗冲击性
●耐磨
●耐化学腐蚀
●热稳定性
●尺寸稳定性
●生物相容性

并非所有 PA12 都相同：

尽管 PA12 是指一种特定类型的聚合物，但其配方和性能有许多变化。不同品牌的 PA12 可以通过不同的制造工艺来制造。材料制造商还添加各种添加剂以满足特定的性能要求，并且通常拥有 PA12 的专有配方。

一些材料制造商和供应商并不将其尼龙标识为 PA12（或 PA6 或 PA11），而是选择将其命名为专有名称。例如，DuraForm ProX PA 和 ProX HST 都是 3D Systems 开发的 PA12 材料，用于其选择性激光烧结 3D 打印技术。ProX PA 是一种食品级尼龙，而 ProX HST 是该公司推荐用于高温应用的材料。

PA12 添加剂通常可以提高抗紫外线性或耐热性、阻燃性和适印性。还有带有增强材料的 PA12，例如添加碳纤维或玻璃纤维，以增强强度、刚度或尺寸稳定性等机械性能。

△使用 Sinterit 的粉末和打印机打印 PA12 零件

还有回收 PA12 形式的“可持续”PA12，例如，PowderMonkey 品牌 rePA12 是翻新 PA12 与部分原始 PA12 的混合物，专为低功耗台式 SLS 打印机而设计。某些 PA12材料具有“高可重复使用性”。例如，可以使用 60% 或更多的重复使用粉末，而不是 50% 重复使用的粉末与 50% 原始粉末。这节省了粉末使用量和总体成本。由于每种 PA12 都不相同，因此请考虑 PA12 的具体配方及其所拥有的具体属性，在使用前请查看材料的详细介绍的技术数据表。

典型的 PA12 具有以下一般特性：

●极限拉伸强度最小/最大 (MPa)：43/50
●拉伸模量最小/最大 (MPa)：1550/1850
●断裂伸长率最小/最大 (%)：15/25
●弯曲模量最小值/最大值：1510/1600
●部件密度（g/cm 3）：0.9
●肖氏硬度：肖氏 D

PA12 通常为灰色或黑色，但也有白色，这是添加颜色的最佳选择。这种材料很容易在后处理中着色，通常使用 DyeMansion 的着色机，用户也可以简单地涂上油漆。

可持续发展和回收 PA12 尼龙

△Sculpteo 的 Multi Jet Fusion 3D 打印机使用 HP 的 PA12 材料

与任何粉末床融合工艺一样，每次 3D 打印都会产生大量未使用或剩余的材料。幸运的是，PA12 可以多次熔化和再加工，而不会显着降低其性能。这意味着剩余的粉末可以全部扔回料斗并用于下一次打印，但并不总是不与一些新鲜的、未使用的粉末混合。在零件质量受到影响之前，相同粉末的重复使用次数也是有限的。

如果要 3D 打印 PA12 零件，并将其用于受监管行业或符合认证标准，则可能只能使用 100% 原始粉末。然而，根据您的零件所需的机械特性，最多可以 100% 重复使用，但一般会保持60%-70% 的重复使用率。

回收PA12 零件：

尼龙 PA12 通常是可回收的。然而，特定尼龙 PA12 产品的可回收性取决于多种因素，例如其配方和添加剂。回收过程通常包括收集用过的尼龙 PA12 产品，将其熔化，并将材料重新制成新产品，但这只有在回收相同类型和品牌的 PA12 时才可能实现。通常，用户可以将旧原型和失败的打印件发送到工业回收设施。

PA12 打印故障排除

△SLS 打印机制造商 Sinterit 提供开放参数，您可以在其 Sinterit Studio 软件中调整这些参数

尽管 SLS 或 MJF 3D 打印机具有打印过程的设置调节功能，但它并不总是完美无缺的。一些 SLS 3D 打印机具有封闭的周边，这意味着您无法调整设置，例如激光功率或床温度。无论您拥有一台“一劳永逸”的机器还是一台开放的机器，您仍然会遇到打印问题。以下是一些最常见的问题和解决方案。

●粗糙：SLS 打印中的一个问题称为“橘皮”，这是一种表面光洁度打印伪影，其中光滑平坦的表面看起来粗糙且凹凸不平，通常与层对齐。当您要打印的层的边缘在烧结区域和未烧结区域之间经历热梯度并且它们往往会收缩时，就会发生这种情况。在许多层上，这会导致凹凸不平的伪像。遇到这种问题，需要在打印平台上进行热管理或不使用构建区域的整个体积，而是在中间区域进行打印。

●分层：当某些层未完全烧结到先前的层时，就会出现分层。这可能是激光的问题，更换或是清洁光学元件会有所帮助。

●翘曲：当打印床的温度管理不到位，会出现零件偏离模型尺寸的问题。当构建室不允许正常冷却或在构建室仍热时拆开部件包装时，也会发生翘曲。当打印过程中加热不足时，也可能会发生这种情况，或者零件本身具有可变的壁厚或整体太细长。

●凹坑：当某些零件的几何形状导致冷却不均匀时，例如内部夹有粉末的大型零件，可能会出现表面凹坑、凹痕或不规则现象，这也可能是打印床温度过高的症状。

后处理和表面处理 PA12

△PA12 零件使用 DyeMansion 的机器染色

PA12 零件完成 3D 打印并冷却后，即可从粉末床上拿出，这一步骤可以用手或机器完成。未使用的粉末被吸尘、筛分、以所需的比例与新鲜粉末重新混合，然后装回机器或储存。然后使用刷子、喷气机或滚筒清除零件上多余的粉末。

打印机用户可以购买后处理自动化和重新混合粉末的机器，松散的 PA12 粉末无毒，但只要接触松散的粉末，就应采取安全预防措施。如下图所示的封闭式清洁站可以减少危险。

△SLS 零件清洁站用于在零件从粉末床上取出后安全地清除零件上多余的 PA12 粉末。左边是 Sintratec，右边是 Formlabs 的新型 Fuse Blast。

PA12 可以满足哪些表面光洁度？
PA12 从打印机中出来时具有粗糙的表面，这可能适合您的应用。如果不是，您还有其他选择，其中一些可能需要额外的设备。

●打磨和平滑：打磨 PA12 零件的表面可以帮助去除层线并形成更平滑的表面。打磨可以手动或使用工具完成。

●喷漆和涂层：PA12 部件可以喷漆或涂层以添加颜色、提高美观度并提供额外的保护。各种油漆和涂料，包括底漆和透明涂料，都与 PA12 兼容。

●染色：通常对白色或浅灰色 PA12 进行染色，以便定制零件的颜色。可以使用适合聚酰胺材料的特定染料进行染色。

●蒸气平滑：蒸气平滑涉及将 PA12 部件暴露于蒸发溶剂中，这有助于熔化印刷品的外层，减少层线并形成更平滑的表面光洁度。这可以大批量完成。

△PA12 易于喷漆，当蒸汽光滑时（来自增材制造技术），灰色部件呈现出光滑的黑色表面。

●热处理：可以对PA12零件进行热处理以提高其机械性能。这可能涉及将部件暴露在高温下一段受控的时间。

●插入物和嵌入：金属插入物（例如螺纹、磁铁或其他组件）可以在打印期间或打印后嵌入或插入到 3D 打印的 PA12 零件中，以添加功能或装配特征。

●超声波焊接：为了连接多个 PA12 零件或组件，可以使用超声波焊接。该方法通过使用高频振动在零件之间建立牢固的结合。

●电镀：在某些情况下，PA12 零件可以经过电镀工艺来涂上一层薄金属涂层，从而增强其导电性、外观或耐腐蚀性。

●缎面抛光：可采用机械或化学抛光方法来提高PA12零件的表面光洁度，降低粗糙度，提高清晰度。

PA12尼龙粉常用品牌
尼龙 12 的专有配方在整个增材制造行业中很常见。一些打印机制造商已针对其机器对材料进行了微调，而其他制造商则已“认证”来自特定供应商的 PA12 粉末，可在其机器上使用。例如，Formlabs 的 Fuse 1 不是开放材料打印机，因此 Formlabs 尼龙 12 是用户唯一的选择。不过，这可能是一件好事，因为实现预期结果所需的实验和预测工作要少得多。

如果您拥有开放材料 3D 打印机，则可以货比三家，选择最适合您应用的 PA12。可以阅读所有发布的材料数据表，或者更简单的方法是访问材料数据门户之一，例如 Senvol。如果您对 PA12 材料特性并不重要，您可以从打印机制造商或打印机服务处订购样品零件，并进行自己的内部测试。

许多制造商都提供用于 SLS 的 PA12 粉末，比如化学公司（例如 Evonik）以及打印机制造商（例如 Prodways），这些制造商采用了现有材料并对其进行了调整，以使其在打印机上发挥最佳性能。