3D打印材料：类型、特性及如何选择最佳材料

3D打印材料

零件的设计用途将决定最佳的3D打印材料。PLA和ABS适用于原型制作。SLS尼龙和工程树脂用于功能性零件。金属打印则用于高性能工业应用。在比较材料和性能要求后，选择合适的工艺。

了解3D打印材料至关重要，尤其是在零件从概念模型发展到实际应用阶段。PLA材质的视觉原型放在桌面上看起来不错，但加热后会开裂软化。因此，了解哪些材料能够满足哪些需求非常重要。

ProLean Tech 提供一套完整的 3D打印服务从材料选择到最终生产，定制服务 3D打印 项目。无论您是选择塑料制作原型，还是选择金属制作功能部件，我们的团队都会帮助您选择适合您应用需求的材料和工艺。

3D打印可以使用哪些材料？

3D打印中使用的材料通常分为两大类： 3D打印塑料 和 3D 打印金属.

热固性塑料与热塑性塑料：核心区别

在比较材料之前，了解两种主要的 3D 打印塑料类型非常重要。

热塑性塑料：

• 可多次熔化和重新凝固。适用于FDM和SLS打印。例如PLA、ABS、PETG、尼龙和TPU。
• 汽车行业使用尼龙热塑性塑料零件制作卡扣和支架，因为如果需要更改设计，这种材料可以重新熔化。
• 由于废料可以重新加工，因此在以回收利用为重点的生产中更受欢迎。

热固性塑料：

• SLA树脂通过紫外线或加热永久固化，无法重新熔化。SLA树脂属于热固性树脂，可制成光滑、各向同性且强度在各个方向上均一致的部件。
• 牙科实验室使用 SLA 热固性树脂制作手术导板，因为永久硬度和尺寸稳定性至关重要。
• 比热塑性塑料更好，因为热塑性塑料对耐热性和表面质量要求很高，例如珠宝铸造模型。

新兴材料：

以下是一些新兴的3D打印材料

• 像植物基PLA混合物这样的可生物降解热塑性塑料在包装和消费品领域的应用日益广泛。
• 碳纤维增强尼龙兼具可回收性和接近金属的刚度，应用于航空航天和机器人领域。
• 正在开发用于极端高温工业应用的陶瓷填充热固性树脂。

FDM 3D打印材料

FDM打印耗材 

FDM技术通过熔化热塑性材料并将其逐层沉积而成。这是最经济实惠且易于操作的打印方法，非常适合制作简单的功能性零件和基础原型。

ABS 与 PLA

这是在选择FDM材料时最常用的比较方法。

PLA 它是FDM打印中最容易使用的材料之一。它可生物降解且无异味，非常适合制作视觉原型和概念模型。它的缺点是耐热性低（在60°C左右会软化）以及受到冲击时易碎。

最适合制作视觉原型和概念模型。如果桌面原型制作不需要耐热性，则可选择PLA材料。

ABS 可承受高达 100°C 的温度。它非常适合用于制造承受机械应力的功能原型。这需要在加热打印床和确保良好通风之间取得平衡。

最适合用于承受机械应力的功能原型。当零件需要承受高达 100°C 的温度时，请选择 ABS 材料。

ABS或PLA并非生产零件的最佳选择。工程树脂和SLS尼龙在机械性能方面都更胜一筹。

其他关键FDM材料

各向异性是FDM打印技术的一大局限。层间粘合力会导致方向性强度降低。如果零件将承受定向载荷，则打印方向至关重要。

SLA 3D打印材料

SLA 3D打印材料 

SLA（立体光刻）是一种利用激光固化液态树脂的工艺。与其他塑料打印方法相比，该工艺能够实现最高的表面光洁度、最严格的公差和最高的分辨率。层间化学键的结合使零件具有各向同性。

SLA树脂分类

服务级别协议 (SLA) 是一种广泛使用的协议。 3D印刷材料根据用途不同，可分为不同类型： 

• 通用树脂： 光滑哑光的表面使其适用于概念模型和视觉原型制作。
• 工程 树脂旨在模拟ABS和HDPE的性能。这些树脂能够承受压缩、弯曲和冲击。外壳、外罩和连接器均为标准配置。
• 硬质树脂填充玻璃或陶瓷以获得最大刚性。用于夹具和工装，以及用于气流的高温部件。
• 灵活性 和 松紧带 树脂：模拟硅胶或橡胶的性能。这些树脂可以反复弯曲而不撕裂。是医疗器械原型制作的理想选择。
• 高–温度 树脂加热后仍能保持形状。适用于模具、嵌件以及易受热部件。
• Biocompatibl到 树脂专为对材料安全性有要求的牙科和医疗应用而设计。

SLA是所有塑料打印方法中材料选择最丰富的。所选树脂与打印效果直接相关。 满足应用所需的机械和热力学要求。它们最适合用于概念模型、视觉原型、外壳、外罩和机械零件。

SLS 3D打印材料

SLS材料 

SLS（选择性激光烧结）技术使用多种材料，包括热塑性塑料、尼龙、金属粉末等。由于未熔化的粉末在打印过程中起到支撑作用，因此无需支撑结构。它具有以下优点： 针对复杂几何形状，拥有无与伦比的设计灵活性。 标准SLS材料为尼龙12。它具有抗冲击性、强度高，并且耐湿、耐紫外线和耐化学腐蚀。无论是功能原型还是最终产品组件，它都是理想之选。

尼龙11比尼龙12更硬，但弹性也更高。它适用于韧性比刚性更重要的应用场合。 对于需要结构刚性的应用，可使用玻璃纤维或碳纤维增强尼龙复合材料。用于选择性激光烧结 (SLS) 的热塑性聚氨酯 (TPU) 可制成具有优异紫外线稳定性和冲击吸收性能的柔性橡胶状部件。 SLS成型零件的机械性能与注塑成型零件相似。表面光洁度可通过后处理工艺（例如滚筒抛光和染色）得到改善。

金属3D打印材料

用于 3D 打印的金属

金属打印主要应用于航空航天、汽车和医疗行业。DMLS 和 SLM 工艺逐层熔化金属粉末，制造出强度极高的零件，而这些零件难以用传统机械加工方法复制。

3D打印常用金属材料包括：

• 钛被用于制造航空航天和医疗植入部件中轻质、坚固且耐热的组件。
• 不锈钢用于制造耐腐蚀、高强度的工业部件。
• 铝结构轻量化部件和热管理组件
• 镍合金用于高温涡轮机部件和发动机中。
• 用于模具的工具钢，以及高耐磨性模具

金属打印比塑料打印成本更高。如果您需要类似金属的特性但又希望价格更低，可以考虑电镀或使用SLA模具浇铸塑料零件。

如何选择最佳的3D打印材料？

以下是选择合适的 3D 打印材料的一些基本步骤。 

第一步：确定您的表现水平

低性能

• 无需机械方面的要求，只需视觉模型或合身性测试即可。
• 适用材料：PLA树脂或通用SLA树脂
• 使用案例示例：一位设计师打印了一个手机壳模型，只是为了检查其外观和手感。由于不需要很强的强度，因此使用基本的SLA树脂就足够了。

表现平平

• 功能原型必须像真正的生产部件一样运行
• 适用材料：ABS、工程SLA树脂或SLS尼龙
• 使用案例示例：工程师打印了一个阀体原型，将在轻压下进行测试，以确认装配配合和基本功能，然后再开始批量生产。

高性能

• 长期承受磨损、高温、化学品侵蚀或循环载荷的部件
• 适用材料：SLS尼龙复合材料或工程SLA树脂
• 使用案例示例：制造商打印一个用于发动机舱内汽车部件的支架，该支架必须能够承受热循环、振动以及偶尔与发动机液体的接触。

步骤 2：匹配特定材料属性

确定性能等级后，选择适合该零件的材料。

• 抗冲击性：FDM 工艺中使用的 ABS 或尼龙，SLA 工艺中使用的韧性树脂或尼龙 11 或 12。
• 灵活性：TPU 可用于 FDM、SLA 或 SLS 工艺。
• 耐热性：耐高温或刚性SLA树脂。尼龙12用于SLS
• 耐化学性：FDM 使用 PETG，SLA 使用刚性树脂，SLS 使用尼龙。
• 刚度：刚性SLA树脂、SLS尼龙复合材料、FDM碳纤维复合材料

步骤三：考虑流程权衡

材料和工艺相互依存。SLA工艺能够实现高精度、光滑的表面以及广泛的材料适用性。如果内部几何形状更为重要，则SLS工艺是更佳选择。尼龙是主要材料系列。

材料选择错误 

首先选择材料，然后确定应用。性能要求优先考虑。材料的选择取决于零件的功能。

• 设计FDM零件时忽略各向异性。FDM层纹会造成方向性弱点。生产前，承载载荷的FDM零件需要进行定向。
• 操作温度计算错误。PLA材料在加热到汽车内饰、工业环境和其他应用中常见的温度时会软化。务必根据实际操作条件检查热变形温度。
• 如果铸造工艺足以满足需求，则应选择金属打印技术。SLA熔模铸造模型能够以更低的成本和更快的速度生产金属零件，适用于多种应用。

结语 

任何3D打印项目最重要的部分都是选择合适的材料。能否将性能要求与FDM塑料、SLA树脂或SLS尼龙以及金属的材料特性相匹配，决定了零件在实际使用中的成败。

ProLean Tech 的团队在所有主要工艺和材料类型方面都经验丰富。他们可以帮助您选择最佳方案，并通过避免代价高昂的重印来节省资金。请联系我们。 联系我们 讨论您下一个项目的材料选择问题。

常见问题

哪些材料适合用于3D打印功能性部件？ 

主要可选材料包括SLS尼龙12、工程树脂和刚性SLA树脂。选择取决于应用的机械、热学和化学性能要求。

FDM和SLA塑料有什么区别？ 

FDM耗材是热塑性塑料，熔化后会重新固化。SLA树脂是热固性塑料，在紫外光照射下会永久固化。SLA部件表面更光滑，各向同性更好。FDM部件可以是各向异性的，并且价格更实惠，适合基础用途。

哪种方法能最好地比较用于功能原型制作的 3D 打印材料？ 

SLA工程树脂和SLS尼龙都能制造出强度高的功能性原型。SLS在复杂几何形状的设计方面提供了更大的自由度。SLA则提供了更高的表面质量以及更广泛的应用范围。 材料特性。

哪种材料最适合用于3D打印汽车零部件？

对于汽车零部件而言，SLS尼龙12是一种常见的选择，因为它具有良好的耐热性、抗振动性和抗机械应力性能。它常用于制造通风管道、卡扣、支架和发动机舱内部件。对于外观或展示部件，SLA树脂则能提供更光滑的表面。

哪种3D打印材料最适合用于医疗器械？

SLA工程树脂因其能够制造光滑、精密的零件而被广泛应用于医疗领域。生物相容性树脂可用于制造手术导板和牙科模型等产品。SLS尼龙因其强度和柔韧性，也被用于制造假体部件。