絕對干貨�,�,！南極熊盤點3D打印材料（聚合物材料）

由于3D打印制造技術改變了傳統(tǒng)制造工業(yè)的方式和原理，是對傳統(tǒng)制造模式的一種補充,。同時3D打印材料成為限制3D打印發(fā)展的主要瓶頸,，也是3D打印突破創(chuàng)新的關鍵點和難點所在，只有進行更多新材料的開發(fā)才能拓展3D打印技術的應用領域,。目前,，3D打印材料主要包括聚合物材料、金屬材料,、陶瓷材料和復合材料等

3D打印無人機（工程材料）

常言道：“巧婦難為無米之炊,�,！睂τ�3D打印這樣一種高科技也是同樣道理。一定程度上,，打印材料是打印技術不可或缺的物質(zhì)基礎,，決定了最終的成品屬性。
在南極熊看來,，3D打印制造技術主要由3個關鍵要素組成：
1.產(chǎn)品需要進行精準的三維設計,，運用計算機輔助設計（CAD）工具對產(chǎn)品全方位精準的設計；
2.是需要強大的成型設備,；
3.是需要滿足制品性能和成型工藝的材料,。

3D打印鉑金首飾（項鏈）

我們上面說的3D打印（增材）是相對于減材成型來講的,，減材成型指的是運用分離技術把多余的材料有序地從基體上剔除出去,，如傳統(tǒng)的車、銑,、磨,、鉆、刨,、電火花和激光切割都屬于減材成型,。

數(shù)控車床加工零部件

傳統(tǒng)成型工藝激光切割，造成材料的浪費

受壓成型指的是主要利用材料的可塑性在特定的外力下成型,，傳統(tǒng)的鍛壓,、鑄造、粉末冶金等技術都屬于受壓成型,。受壓成型多用于毛坯階段的模型制作,，也有直接用于手工件成型的例子，如精密鑄造,、精密鍛造等凈成型都屬于受壓成型,。

3D打印技術從狹義上來說主要是指增材制造技術，從成型工藝上來看,，3D打印技術突破了傳統(tǒng)成型方法限制,，通過快速自動成型系統(tǒng)與計算機數(shù)據(jù)模型相結(jié)合，無需任何附加的工藝模具制造和機械加工就能制造出各種形狀復雜的原型,，使得產(chǎn)品的設計生產(chǎn)周期大大縮短,，生產(chǎn)成本大幅下降。

世界首家3D打印汽車,，飛利浦3D打印剃須刀

3D打印自動步槍,，甲骨文3D打印復制品

3D打印技術真正的核心在于其打印材料，3D打印材料是3D打印技術發(fā)展的重要物質(zhì)基礎，在某種程度上,，材料的發(fā)展決定著3D打印能否有更廣泛的應用,。3D打印可以很好應用塑料與金屬材料的機械性能，然而這也是當前制約3D打印發(fā)展的一大技術原因,。目前,，3D打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打印領域得到了應用,。

下面南極熊將從聚合物材材料進行分析,，簡要介紹當前3D打印材料的發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題。

3D打印 聚合物材料（工程塑料）在航天方面的應用

3D打印無人機

3D打印無人機所用聚合物材料

1,、工程塑料
工程塑料,，指被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，具有強度高,、耐沖擊性,、耐熱性、硬度高以及抗老化性等優(yōu)點,，正常變形溫度可以超過90℃,，可進行機械加工、噴漆以及電鍍,。工程塑料是當前應用最廣泛的一類3D打印材料,，常見的有丙烯腈-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,。

（1）ABS材料
ABS材料具有良好的熱熔性和沖擊強度,，是熔融沉積成型3D打印工藝的首選工程塑料，目前主要是將ABS預制成絲,、粉末化后使用,，應用范圍幾乎涵蓋所有日用品、工程用品和部分機械用品,。ABS材料的顏色種類很多，如象牙白、白色,、黑色,、深灰色、紅色,、藍色,、玫瑰紅色等，在汽車,、家電,、電子消費品領域有廣泛的應用。近年來ABS不但在應用領域逐步擴大,，而且性能不斷提升,，借助ABS強大的粘接性、強度通過對ABS的改性,，使其作為3D打印材料在更廣范圍得到應用,。

ABS材料

使用ABS耗材打印的齒輪

2014年，國際空間站用ABS塑料3D打印機為其打印零部件,，世界上最大的3D打印機材料公司Stratasys公司研發(fā)的最新ABS材料ABS-M30,，專為3D打印制造設計，機械性能比傳統(tǒng)的ABS材料提高了67%,，從而擴大了ABS的應用范圍,。

（2）PA材料
PA材料雖然強度高,，但也具備一定的柔韌性,，因此，可以直接利用3D打印制造設備零件,。利用3D打印制造的PA碳纖維復合塑料樹脂零件,，具有很高的韌度，可用于機械工具代替金屬工具,。全球著名PA工程塑料的專家索爾維公司,，基于PA的工程塑料進行3D打印樣件，用于發(fā)動機周邊零件,、門把手套件,、剎車踏板等。用PA材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料,，最終解決了汽車輕量化問題,。

PA粉末及其復合材料

PA材料的釣魚線

PA材料廣泛應用于制造燃料濾網(wǎng),、燃料過濾器,、罐,、捕集器、儲油槽,、發(fā)動機汽缸蓋罩、散熱器水缸,、平衡旋轉(zhuǎn)軸齒輪,。也可用在汽車的電器配件、接線柱以及用于制作一次性打火機體,、堿性干電池襯墊,，摩托車駕駛員的頭盔，辦公機器外殼等,。另外，它還可用作驅(qū)動,、控制部件等,。

（3）PC材料

高透明PC材料陽光板

3D打印吹塑成型模具

PC（聚碳酸酯）材料算得上是一種真正的熱塑性材料，具有高強度,、耐高溫、抗沖擊,、抗彎曲等特點，強度比ABS材料還要高60%,，可以作為最終零部件使用甚至超強工程制品的應用,。德國拜耳公司開發(fā)的PC2605可用于防彈玻璃,、樹脂鏡片、車頭燈罩,、宇航員頭盔面罩、智能手機的機身,、機械齒輪等異型構(gòu)件的3D打印制造。

醫(yī)療級PC料制作成的注射器

PC工程塑料的三大應用領域是玻璃裝配業(yè),、汽車工業(yè)和電子,、電器工業(yè),，其次還有工業(yè)機械零件、光盤,、包裝,、計算機等辦公室設備、醫(yī)療及保健,、薄膜、休閑和防護器材等,。PC可用作門窗玻璃，PC層壓板廣泛用于銀行,、使館,、拘留所和公共場所的防護窗,，用于飛機艙罩,，照明設備,、工業(yè)安全檔板和防彈玻璃。

（4）PPSF材料
PPSF材料是所有熱塑性材料里面強度最高,，耐熱性最好,，抗腐蝕性最高的材料,。廣泛用于航空航天，交通工具及醫(yī)療行業(yè),。通常作為最終零部件使用。

PPSF材料制作外殼

PPSF具有最高的耐熱性,、強韌性以及耐化學品性,，在各種快速成型工程塑料之中性能最佳，通過碳纖維,、石墨的復合處理,，PPSF材料能夠表現(xiàn)出極高的強度，可用于3D打印制造該承受負荷的制品,，成為替代金屬、陶瓷的首選材料,。

（5）PEEK材料
PEEK（聚醚醚酮）是一種具有耐高溫、自潤滑,、易加工和高機械強度等優(yōu)異性能的特種工程塑料，可制造加工成各種機械零部件,，如汽車齒輪,、油篩,、換檔啟動盤,；飛機發(fā)動機零部件,、自動洗衣機轉(zhuǎn)輪,、醫(yī)療器械零部件等。

PEEK材料適合制造人體植入物

PEEK具有優(yōu)異的耐磨性,、生物相容性,、化學穩(wěn)定性以及楊氏模量最接近人骨等優(yōu)點,，是理想的人工骨替換材料,，適合長期植入人體,�,；�于熔融沉積成型原理的3D打印技術安全方便、無需使用激光器,、后處理簡單,，通過與PEEK材料結(jié)合制造仿生人工骨。

（6）EP材料

使用EP材料打印的鞋子手機殼

EP（Elasto Plastic）即彈性塑料,，是Shapeways公司最新研制的一種3D打印原材料，它能避免用ABS打印的穿戴物品或者可變形類產(chǎn)品存在的脆弱性問題,。EP材料非常柔軟,，在進行塑形時，跟ABS一樣采用“逐層燒結(jié)”原理,，但打印的產(chǎn)品彈性卻相當好，變形后也容易復原,。這種材料可用于制作像3D打印鞋、手機殼和3D打印衣物等產(chǎn)品,。

（7）Ender材料

Ender材料是Stratasys公司推出一款全新的3D打印材料，它是一種先進的防聚丙烯材料,，可滿足各種不同領域的應用需求。Endur材料具有高強度,、柔韌度好和耐高溫性能，用其打印的產(chǎn)品表面質(zhì)量佳,，且尺寸穩(wěn)定性好,，不易收縮,。Endur具有出色的仿聚丙烯性能，能夠用于打印運動部件,、咬合嚙合部件以及小型盒子和容器。

3D打印的Endur筆筒

（8）PVA(聚乙烯醇)
　　PVA或聚乙烯醇是一種可生物降解的合成聚合物,，它最大的特點就是它的水溶性,。

　　作為一種應用于FDM中的新型打印線條,，PVA 在打印過程中是一種很好的支撐材料。
　　在打印過程結(jié)束后,，由之所組成的支撐部分能在水中完全溶解且無毒無味,，因此可以很容易地從模型上清除。全球打印耗材知名生產(chǎn)商易生(Esun)已推出的PVC水溶性支撐材料在國內(nèi)乃至國際都獲得一致好評,。在打印過程中,，其與PLA耗材的配合堪稱完美。


2.生物塑料

3D打印生物塑料主要有聚乳酸（PLA）,、聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯（PETG）,、聚-羥基丁酸酯（PHB）、 聚-羥基戊酸酯（PHBV）,、聚丁二酸-丁二醇酯 （PBS）、聚己內(nèi)酯（PCL）等,，具有良好的可生物降解性,。

（1）PLA材料
PLA（Poly Lactic Acid）即聚乳酸，可能是3D打印起初使用得最好的原材料,，具有多種半透明色和光澤感,。作為一種環(huán)境友好型塑料，聚乳酸可生物降解為活性堆肥,。它是從玉米淀粉和甘蔗中提取的,，而不是化石燃料。新加坡南洋理工大學的Tan.K.H等在應用PLA制造組織工程支架方面的研究中,，采用可降解高分子材料制造了高孔隙度的PLA組織工程支架,，通過對該支架進行組織分析，發(fā)現(xiàn)其具有生長能力,。

PLA材料

PLA材料打印的物體

PLA（聚乳酸）是一種新型的生物基及可生物降解材料,，其具有良好的生物可降解性,，使用后能被自然界中微生物在特定條件下完全降解，最終生成二氧化碳和水,，不污染環(huán)境,，這對保護環(huán)境非常有利，是公認的環(huán)境友好材料,。

（2）PETG材料
PETG材料是一種透明塑料，是一種非晶型共聚酯,，具有較好的粘性,、透明度,、顏色,、耐化學藥劑、和抗應力白化能力,�,？珊芸鞜岢尚突驍D出吹塑成型,。粘度比丙烯酸(亞克力)好,。其制品高度透明，抗沖擊性能優(yōu)異,，特別適宜成型厚壁透明制品,。可以廣泛應用于板片材,、高性能收縮膜,、瓶用及異型材等市場。

PETG材料

PETG是采用甘蔗乙烯生產(chǎn)的生物基乙二醇為原料合成的生物基塑料,。這種材料具有較好的熱成型,、堅韌性和耐候性，熱成型周期短,、溫度低,、成品率高。PETG作為一種新型的3D打印材料,，兼具PLA和ABS的優(yōu)點,。在3D打印時，材料的收縮率非常小,，并且具有良好的疏水性,，無需在密閉空間里貯存。由于PETG的收縮率低,、溫度低,，在打印過程中幾乎沒有氣味，使得PETG在3D打印領域產(chǎn)品具有更為廣闊的開發(fā)應用前景,。

PETG材料的化妝品瓶和瓶蓋,，具有玻璃一樣的透明度

顏色亮麗的PETG打印外殼

PETG線材打印出來的產(chǎn)品輕巧，沒有任何的厚重感,。PETG線材本身就有很好的延展性,，而且它在抗沖擊性方面也是不錯的。也能夠很好地粘附在多種構(gòu)建平臺上,，具有優(yōu)異的層粘合,。當然，還具有優(yōu)良的美學品質(zhì),，因為它在打印時會產(chǎn)生一種亞光效果的光澤,。與其它傳統(tǒng)的ABS相比，這種PETG線材提供了更為優(yōu)異的抗壓性。而且打印出來的產(chǎn)品不用擔心會出現(xiàn)裂開這種問題,，打印過程也無需擔心會產(chǎn)生異味,。不過需要提醒的是，這種PETG線材不易于去除支撐,，打印大面積產(chǎn)品的話也是容易起翹的,。

（3）PCL材料
PCL（聚己內(nèi)酯）具有良好的生物降解性、生物相容性和無毒性,，而被廣泛用作醫(yī)用生物降解材料及藥物控制釋放體系,，可運用于組織工程已經(jīng)作為藥物緩釋系統(tǒng)。

利用PCL材料打印的玩具

PCL材料是一種可降解聚酯,，熔點較低,，只有60℃左右，與大部分生物材料一樣,，人們常常把它用作特殊用途如藥物傳輸設備,、縫合劑等，同時,，PCL還具有形狀記憶性,。在3D打印中，由于它熔點低,，所以并不需要很高的打印溫度,，從而達到節(jié)能的目的。在醫(yī)學領域,，可用來打印心臟支架等,。

3D打印PCL材料支架

在3D打印中，PCL主要用于FDM打印機,。由于它熔點低，所以并不需要很高的打印溫度,。同時,，也由于熔點低使得它可以有效避免人員操作時的燙傷。目前正在著力研究PCL熔點低的優(yōu)異特性,，并且希望借助這種特性制造出兒童打印機,。另外，因為其具有形狀記憶的特性,，它使得打印出來的東西具有“記憶”,，在特定條件下，可以使其恢復到原先設定的形狀,。

PCL材料可用于醫(yī)學領域,，在3D打印中，同樣可以用在醫(yī)學領域，比如把它用來打印心臟支架,，業(yè)內(nèi)人士也在探索其更多的可能性,。

（4）PHA材料
　　PHA(聚羥基脂肪酸酯)是一種以植物為原料的生物基材料，這種生物基材料具有可降解的特性,。由于它無毒無害,，目前它常常被用來制作醫(yī)學器具、食品包裝袋,、兒童玩具,、電子產(chǎn)品外殼等。

PHA線材

　　回收時,，由于它的可生物降解性,，我們只需要像掩埋食品垃圾一樣將其掩埋，它便可在土壤中自然降解,。不僅如此,，它在淡水和鹽水中也能像在土壤中安靜降解，并且不會留下任何顆粒物,。
　　使用PHAbulous Philaments 線材,，用戶就再也不用擔心自己打印壞了的3D物品可能會對環(huán)境產(chǎn)生不利的影響，您只需將它埋在自家后院,，60天內(nèi)它就能完全生物降解,，甚至會起到堆肥的作用，讓您的花園土壤更加肥沃,。另外,，PHA在海洋中也很容易生物降解。




3.光敏樹脂
光固化樹脂又稱光敏樹脂,，是一種受光線照射后,能在較短的時間內(nèi)迅速發(fā)生物理和化學變化,，進而交聯(lián)固化的低聚物。光固化復合樹脂是目前口腔科常用的充填,、修復材料,，由于它的色澤美觀，具有一定的的抗壓強度,，因此在臨床應用中起著重要的作用,，用于前牙各類缺損及窩洞修復能取得滿意的效果。

光敏樹脂材料的牙齒

光敏樹脂材料打印出來的物體呈現(xiàn)出半透明磨砂狀態(tài)

3D打印散熱器風扇和耳塞套

光敏樹脂是由聚合物單體與預聚體組由于具有良好的液體流動性和瞬間光固化特征,，使得液態(tài)光敏樹脂成為3D打印耗材用于高精度制品打印的首選材料,。光敏樹脂固化速度快、表干性能優(yōu)異,，成型后產(chǎn)品外觀平滑,，可呈現(xiàn)透明或半透明磨砂狀態(tài),。光敏樹脂具有氣味低、刺激性成分低等特征,，非常適合個人桌面3D打印系統(tǒng),。

4.高分子凝膠

海藻也可作為3D打印材料

網(wǎng)狀高分子凝膠制品：水凝膠降溫貼

高分子凝膠具有良好的智能性，海藻酸鈉,、纖維素,、動植物膠、蛋白胨,、聚丙烯酸等高分子凝膠材料用于3D打印,，在一定的溫度及引發(fā)劑、交聯(lián)劑的作用下進行聚合后,，形成特殊的網(wǎng)狀高分子凝膠制品,。如受離子強度、溫度,、電場和化學物質(zhì)變化時,，凝膠的體積也會相應地變化，用于形狀記憶材料,。凝膠溶脹或收縮發(fā)生體積轉(zhuǎn)變,，用于傳感材料；凝膠網(wǎng)孔的可控性,，可用于智能藥物釋放材料,。