3D 打印材料的新变化：跟踪近期进展

在仍然成熟的 3D 打印行业中，材料开发和认证正在取得进展。例如，Senvol 数据库列出了多达 2020 年有 2,245 种不同的 AM 材料 ，与去年的大约 1,700 种材料相比，大约增加了 30%。

为了跟上 3D 打印材料市场的最新进展，今天我们将探索 3D 打印材料的新动态及其对行业未来的意义。

用于医疗和牙科应用的 3D 打印材料

在医疗行业，3D 打印已经用于制造骨科植入物、手术工具和牙科设备。今天，该技术通过生产测试拭子、面罩和医疗设备零件，积极支持与 COVID-19 大流行的斗争。

3D 打印在医疗应用中的应用加速了该行业的材料开发。

一个增长的领域是用于植入物 3D 打印的高性能聚合物。例如，特种化学品公司赢创上个月宣布推出植入级 PEEK 灯丝。

据说该材料符合 ASTM F2026 的要求，这是用于外科植入物应用的 PEEK 聚合物的标准规范。据赢创称，这种新材料是市场上第一种可用于骨科和颌面外科的基于 PEEK 的长丝。

与此类似，西班牙研究中心 Andaltec 宣布将开发一套新的活性聚合物，用于医疗器械的 3D 打印。

该项目名为 PoliM3D，将用于表征 FDM 3D 打印机的新型抗菌和镇痛丝。这些新灯丝将用于生产定制的植入物、假肢和手术工具。

此外，波兰 3D 打印灯丝制造商 Spectrum Filaments 推出了一种用于医疗应用的新灯丝——ABS Medical。

这种新型灯丝由 ABS 颗粒制成，据 Spectrum 称，这种材料符合 USP 证书 VI 类或 ISO 10993-1 的生物合规性要求。

根据欧盟标准 No. 10/20111 和 21 CFR FDA，它还被批准用于与食品接触。该材料面向应用，包括用于康复和轻型假牙的支撑结构。

牙科材料

牙科行业越来越倾向于 3D 打印牙科模型，并且越来越多地使用最终用途的假牙和牙科设备，如透明矫正器和牙桥。

这些进步是由材料的发展推动的，这些材料越来越多地被证明可以在人嘴中长期使用。

例如，3D Systems 宣布其新型生物相容性义齿材料 NextDent® Denture 3D+ 已于 2019 年底获得美国食品和药物管理局 (FDA) 的 510(k) 许可。

NextDent Denture 3D+ 材料适用于 3D 打印所有类型的可摘义齿基托，与传统义齿基托材料的机械性能相匹配。

以类似的方式对牙科材料进行鉴定对于 3D 打印，AM 公司 Rapid Shape 已与牙科制造商 VOCO 合作。后者最近将重点转向 3D 打印材料，将其 V-Print 系列中的牙科级材料组合推向市场。

此外，瑞士牙科树脂制造商 Saremco Dental AG 还拥有最近发布了一种新的光聚合物树脂。这种新材料旨在 3D 打印永久性修复体，例如牙冠、嵌体、高嵌体和贴面。

对材料的测试表明，牙科树脂具有与当今牙科行业中发现的传统陶瓷牙冠相当的机械性能。

3D 打印在牙科领域的广泛采用医疗和牙科领域很大程度上取决于材料创新的步伐。

只有当医疗专业人员能够获得生物相容性、耐用和经过认证的材料时，他们才能让更多患者受益于个性化且性能更好的医疗和牙科产品。

用于高温应用的 3D 打印材料

将 3D 打印用于暴露于高温的应用正在产生对耐热材料的需求。

这导致更多的材料生产商和系统制造商开发和推出新材料以满足需求。

这方面的一个例子是意大利挤出 3D 打印机制造商 Roboze 和化工巨头 SABIC 合作开发一种名为 EXTEM AMHH811F 的无定形热塑性聚酰亚胺长丝。

由于热变形能力高达 230°C，这种新材料具有很强的耐高温性。该材料还具有 247°C 的玻璃化转变温度，合作伙伴认为这是所有 3D 可打印材料中最高的。此外，它还具有出色的阻燃性能、良好的耐化学性并在高温下保持其机械强度。

同样，Essentium 在其高速挤出材料组合中添加了高温尼龙 ( HSE) 技术。新材料的应用包括航空航天、半导体和石油和天然气行业的机器部件、夹具或固定装置等。

开发用于金属增材制造的铝合金

根据最近的一份报告，在未来十年内，铝仍将是增材制造领域增长最快的金属组别。推动这一增长的一个因素是全球铝供应链，越来越多地认识到 AM 是铝制造的下一代机会。

因此，用于金属 3D 打印的铝合金材料的加速开发是很自然的。

一个值得注意的发展涉及材料专家欧瑞康、工业气体公司林德和慕尼黑工业大学 (TUM) 之间的合作。

1.7 欧元的支持百万资金，该团队致力于为3D打印市场带来一种新的高强度铝合金。

铝合金的发展面临着很多挑战，例如合金元素的蒸发损失和高温环境产生微裂纹的风险。

该团队将克服这些挑战，使新合金可用于航空航天和汽车行业，在这些行业中，强度和减轻重量都是至关重要的要求。

开发用于汽车 3D 打印的防撞铝合金

在另一个例子中，工程集团 EDAG 开发了一种新的铝合金，作为“CustoMat_3D”研究项目的一部分，专注于将 AM 应用于汽车系列生产。

目前，增材制造用铝合金尚不能满足汽车行业的碰撞测试性能等要求。新开发的材料旨在通过提供更高的强度和更高的断裂伸长率来克服这些挑战。

该材料在多种汽车应用中进行了测试，显示出积极的结果。例如，可以减轻动态重型承载轮架和轮箱区域具有高刚度要求的复杂部件的重量。其中一些节省超过预期潜力的 30%。

用于粉末床聚变和直接能量沉积的铝

除上述例子外，系统厂商也陆续推出了铝材。上个月，金属粉末床融合 (PBF) 3D 打印机制造商 VELO3D 推出了铝 F357 合金，以其阳极氧化能力而著称。

阳极氧化是在金属部件表面形成氧化层以保护其免受腐蚀或提供更好的喷漆表面的过程。

铝 F357 合金是尤其是在航空航天和汽车行业，需求越来越大。

虽然铝在 PBF 中的应用最为广泛，但一些公司正在将这种材料用于直接能量沉积，这是一种使用高功率激光器构建结构的工艺, 一层一层的，直接来自粉状材料。

这方面的一个例子是 DED 专家 Optomec，该公司为其 LENS 技术推出了铝合金。据该公司称，其铝合金具有出色的表面光洁度、高沉积率和约 99.9% 的密度。

继续努力认证 3D 打印材料

材料认证对于推进 3D 打印与材料开发同样重要。它有助于证明 AM 零件的一致性，为生产应用铺平道路。

目前正在努力认证 3D 打印材料。最近的一项来自安全科学认证公司 UL，该公司发表了一项关于 3D 打印对安全关键聚合物性能特性影响的研究报告。

这些发现使标准小组能够制定一个框架来评估和鉴定用于 3D 打印的聚合物，特别是阻燃 ABS 和 PEI 长丝。

根据 UL 的说法，“研究结果为制定用于 3D 打印的聚合物材料认证指南和起草要求指南”提供了必要的初步知识。

材料表征

一致性对于增材制造至关重要。它从原料的控制和表征开始。

在制造过程中，原材料的质量将决定最终产品的质量。但是什么是高质量的 AM 材料，人们将如何评估这种质量？例如，对于粉状材料，质量是几十个变量的乘积，包括粒度、形态、热性能、吸湿性等。

由于影响材料质量的因素如此之多，材料表征——一种探测和测量材料特性以了解材料性能的过程——变得至关重要。

这就是为什么看到公司进入增材制造材料表征领域令人兴奋的原因。

今年年初，全球材料和产品认证领导者 Element 宣布推出专门的 AM 粉末表征设施。

新的测试设备将允许用于化学成分分析、粉末筛分分析、粒度分布、流速等测试——所有这些都确保粉末是真实的、纯净的、均匀的和准备加工的。

3D 打印材料：不断发展的行业

关于3D打印材料领域的新发展、合作伙伴关系和标准化活动的新闻几乎每天都在出现。这表明一个充满活力的行业，随着对先进的、以生产为重点的材料的需求而增长。

展望未来，我们预计材料创新的步伐将加快，拓宽材料选择，为 3D 打印开辟新的可能性和新市场。

要了解有关 3D 打印材料市场状况的更多信息，请查看我们最新的 2020 年增材制造前景报告 这里 。