【南極熊3D打印文化】別再找了,，史上最全的FDM高分子材料都在這里了

FDM（熔融沉積成型）技術(shù)的成型材料主要為熱塑性材料，我們主要介紹目前市場上FDM技術(shù)使用的七種材料：ABS、PLA、PC、PP,、合成橡膠、PPSF和PEI,。

1 ABS

ABS（AcrylonitrileButadiene Styrene）是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物,，A代表丙烯腈，B代表丁二烯,，S代表苯乙烯,。丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性,；丁二烯具有堅韌性,、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工,、高強度及高光潔度,。由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚成的工程塑料ABS,，具有強度高,、韌性好、穩(wěn)定性高的特點,，是一種熱塑性高分子材料結(jié)構(gòu),。

ABS的材料種類很多,，有象牙白、藍色,、玫瑰紅色,、黑色等，廣泛地應(yīng)用于汽車,、紡織,、電子電器等領(lǐng)域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料,。ABS是目前產(chǎn)量最大,、應(yīng)用最廣泛的聚合物之一。

ABS各色材料圖

在3D打印中,，ABS是FDM成型工藝常用的熱塑性工程塑料,，但不能生物降解。ABS良好的強度,、柔韌性,、機械加工及抗高溫性能常常使其成為工程師的首選塑料。另外,，它具有極好的耐磨性和抗沖擊能力,。ABS物件在3D打印過程中最大的障礙就是與3D打印機的工作平臺直接接觸的表面易出現(xiàn)翹曲，這就需要提前加熱打印平臺（一般50～110℃）.

利用ABS材料打印的工業(yè)部件（圖片來源：Stratasys）

利用ABS材料制作的游戲手柄外殼（圖片來源：南極熊）

2 PLA

PLA即聚乳酸,，又名玉米淀粉樹脂,，是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（玉米）所提取出的淀粉原料制備而成,，使用后能被自然界中微生物完全降解,，最終生成二氧化碳和水。聚乳酸的加工溫度為170℃～230℃,，具有良好的熱穩(wěn)定性和抗溶劑性,，被廣泛應(yīng)用于服裝、工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域,。

基于玉米淀粉的各色PLA線材

PLA一經(jīng)問世就被認為是迄今為止最有市場潛力的可生物降解聚合物而備受關(guān)注,。EMS伊文達-費希爾（Inventa -Fisher）公司將基于PLA的生物降解聚合物生產(chǎn)工藝推向工業(yè)化，該公司與德國AIB農(nóng)業(yè)技術(shù)研究院和FIAP聚合物研究院合作,，在德國農(nóng)業(yè)部的支持下,，開發(fā)了基于淀粉的技術(shù)生產(chǎn)PLA。在我國,，越來越多的塑料加工企業(yè)也參與了PLA的研發(fā)和生產(chǎn),。

PLA在3D打印過程中不會像ABS那樣釋放出刺鼻的氣味，變形率僅是ABS耗材的1/10到1/5,。PLA對人體無害和可完全生物降解的特性使得PLA在生物醫(yī)藥領(lǐng)域是最具發(fā)展前景的材料之一,。聚乳酸對人體有高度安全性,，可被組織吸收，可應(yīng)用在生物醫(yī)療的諸多領(lǐng)域,，如一次性輸液工具,、免拆手術(shù)縫合線,、人造骨折內(nèi)固定材料等,。

3D打印的PLA骨折固定裝置（圖片來源：3ders）

注意：當我們使用家庭3D打印機的時候一般沒有防護措施。美國和法國科研人員發(fā)表了一項科研成果,，表明桌面3D打印機能夠散發(fā)出許多的超細微粒,。超細微粒通常都很容易進入到人體的氣管和肺部，并被吸收到血液循環(huán)系統(tǒng),，因而長期接觸就有可能引發(fā)一些健康問題,。研發(fā)者發(fā)現(xiàn)，打印ABS的顆粒排放量為PLA的10倍,。

然而,，PLA作為3D打印耗材也有其天然劣勢。打印的物體強度低于ABS,，抗沖擊能力不足,，在高溫環(huán)境下會變形等問題，在一定程度上影響了PLA在3D打印領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用,。

PLA各色制品（圖片來源：Polymaker）

3 PC

聚碳酸酯（Polycarbonate,，PC）是一種20世紀50年代末期發(fā)展起來的無色高透明度的熱塑性工程塑料。PC材料具有耐沖擊,、韌性高,、耐熱性高、耐化學(xué)腐蝕等特點,，被廣泛應(yīng)用于眼鏡片,、飲料瓶等各種領(lǐng)域。聚碳酸酯最早由德國拜爾公司于1953年研發(fā)制得,，并在20世紀60年代初實現(xiàn)工業(yè)化,，90年代末實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

PC粒料

目前,，國內(nèi)外都非常重視PC材料在3D打印技術(shù)中的應(yīng)用,，PC材料是一種綜合性能優(yōu)越的工程塑料，成型收縮率小,，尺寸穩(wěn)定性高,，在建筑行業(yè)、汽車制造工業(yè),、醫(yī)療器械,、航空航天,、電子電器等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計,，一架波音型飛機上所用PC部件多達2500個,。

利用PC材料打印的工業(yè)部件（來源：南極熊）

PC材料3D打印成品（圖片來源：南極熊）

4 聚丙烯（PP）及模擬聚丙烯材料

PP即聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂,，其無毒,、無味，強度,、剛度,、硬度耐熱性均高于聚乙烯,可在100℃左右使用，具有良好的介電性能和高頻絕緣性且不受濕度影響,。缺點是不耐磨,、易老化。適于制作一般機械零件,、耐腐蝕零件和絕緣零件,。常見的酸、堿等有機溶劑對它幾乎不起作用,，可用于食具,。

聚丙烯3D打印模型

模擬聚丙烯材料是一種新型的可用于3D打印的聚合物材料，它在很多方面模擬了聚丙烯在強度和耐熱性方面的優(yōu)點,，同時也彌補了聚丙烯材料在韌性和低溫脆性等方面的不足,。由于模擬聚丙烯擁有著亮白的顏色以及極佳的表面光潔度、光滑的觸感,，它在家用電器,、日常消費品、汽車部件及實驗室設(shè)備的原型制作方面都非常使用,。

模擬聚丙烯材料

5 合成橡膠

在四大工業(yè)基礎(chǔ)原料——天然橡膠,、煤炭、鋼鐵和石油中,，天然橡膠是占有一席之地的,。在四大原料之中，又是唯一的可再生資源,。從橡膠發(fā)展的歷史看,，1900年可以作為一個分水嶺，之前人類對橡膠的認識與利用僅僅局限于天然橡膠,，之后則慢慢進入人工合成橡膠階段,。橡膠發(fā)展歷史中幾個值得紀念的大事件如下：1826年，Hancock發(fā)明開放式煉膠機,，實現(xiàn)了橡膠的塑煉,；1839年,，Goodyear發(fā)現(xiàn)硫黃和堿式碳酸鋁可以使橡膠硫化，橡膠性能得到大幅提升,；1904年,，S.C. Mote發(fā)現(xiàn)炭黑對橡膠的補強作用；1909年,，霍夫曼獲得世界第一項合成橡膠專利,；1955年，美國人利用齊格勒-納塔催化劑人工合成了結(jié)構(gòu)與天然橡膠基本一樣的合成天然橡膠,。1888年,，Dunlop發(fā)明的充氣輪胎在汽車工業(yè)中的大量應(yīng)用,，是橡膠工業(yè)得以起飛的直接原因,。目前有超過一半的橡膠消費量被用于制作輪胎制品。第一次和第二次世界大戰(zhàn)的戰(zhàn)爭需求也極大地促進了橡膠的發(fā)展,，時至今日,，橡膠仍然是世界各國所關(guān)注的重要戰(zhàn)略物資。

用于FDM技術(shù)的橡膠線材（圖片來源：南極熊）

統(tǒng)一將用化學(xué)方法人工合成的橡膠稱為合成橡膠,，能夠有效彌補天然橡膠產(chǎn)量不足的問題,，合成橡膠一般在性能上不如天然橡膠全面，但它具有高彈性,、絕緣性,、氣密性、耐油,、耐高溫或低溫等性能,。3D打印的橡膠類產(chǎn)品主要有消費類電子產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備,、衛(wèi)生用品,、汽車輪胎以及絕緣材料等。

利用合成橡膠3D打印的物件（圖片來源：3dprint.com）

6 PPSF

聚亞苯基砜（Polyphenylsulfone, PPSF）是支持FDM技術(shù)的新型工程塑料,，其顏色為琥珀色,，材料熱變形溫度為189℃，適合高溫的工作環(huán)境,。PPSF可以持續(xù)暴露在潮濕和高溫環(huán)境中而仍能吸收巨大的沖擊,，適用于沖擊強度高、耐應(yīng)力開裂和耐化學(xué)腐蝕的材料,。

通過3D打印技術(shù)制作的PPSF物件堅如硬木,，可承受高溫高壓，具有良好的機械性能,，被廣發(fā)應(yīng)用于電子,、汽車和醫(yī)療等領(lǐng)域,，另外，PPSF無毒,，可與食品和飲用水直接接觸,，獲得了美國FDA認證。無論是從經(jīng)濟發(fā)展的需求,，還是從經(jīng)濟效益來考慮,，PPSF的開發(fā)和應(yīng)用都是相當必要的。

PPSF材料制品

7 PEI

聚醚酰亞胺（Polyetherimide,PEI）材料針對FDM工藝,，具有完善的熱學(xué),、機械以及化學(xué)性質(zhì)，PEI在高溫下具有高強度,、高耐磨性以及尺寸穩(wěn)定性,，是航空航天、汽車與軍隊應(yīng)用產(chǎn)品的理想之選,。美國通用公司的PEI商品名為“ULTEM”,，在線路板、照明設(shè)備,、液體輸送設(shè)備,、醫(yī)療設(shè)備、飛機內(nèi)部零件和家用電器等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用,。其中ULTEM 9085材料是ULTEM材料中應(yīng)用最廣泛的,，具有優(yōu)越的綜合性能。

利用ULTEM 9085材料打印的工業(yè)物件（圖片來源：SolidSmack）

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