塑料 3D 打印简介

自从 30 多年前查克·赫尔在家中打印出他的第一个原型以来，塑料一直是与增材制造领域最相关的材料类型。使用塑料进行 3D 打印可以快速创建高质量的原型，但随着打印材料和技术的最新进展，也为创建适合批量生产的功能部件提供了机会。在这个简短的教程中，我们将仔细研究目前可用于塑料打印的一些选项、它们各自的优缺点，以及在为您的项目选择材料之前应考虑的一些关键事项。

增材制造塑料材料的演变

多年来，可用于增材制造项目的材料数量已大大增加，这意味着现在有一系列选择属于“塑料”的范畴。因此，在决定打印什么之前，为每个项目仔细考虑您的选择非常重要。您的选择包括：

• ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）。 ABS 现在用于广泛的功能部件，从排水管到汽车部件，甚至是乐高积木！ ABS 用途广泛，特别坚固、耐用，适用于后处理技术，例如打磨或粘合。然而，这种材料是不可生物降解的，不使用时必须储存在密闭容器中，因为它会吸收水分并受到长时间暴露在阳光下的影响——这两者都会降低打印部件的质量。此外，它产生的烟雾可能会引起刺激，这意味着在打印过程中需要通风（尽管某些打印机配备了过滤器来弥补这一点）。
• PLA（聚乳酸）。 PLA 是一种由可再生资源制成的可生物降解材料。这意味着它特别适用于打印一次性物品，或环境因素受到严重关注的任何部件。它甚至被用于医疗应用，用于制造缝合线和手术部件，一旦患者痊愈，这些部件就会简单地降解为无害的乳酸。它可以用与 ABS 相同的方式打磨和涂漆，尽管粘合它稍难一些，而且也不太耐热。与 ABS 一样，它还需要小心存放，因为吸湿会影响打印效果。
• PVA（聚乙烯醇）。 这是一种特殊的水溶性塑料，通常用于在打印过程中为零件创建支撑结构，以后可以简单地将其溶解。这可以加快后处理阶段，但只有使用带有多个挤出机的打印机才能实现。它也非常昂贵，并且需要始终密封存储。
• PC（聚碳酸酯）。 这是一种高强度、耐久的热塑性塑料，通常用于制造光盘、防弹玻璃和其他以耐用性为关键因素的产品。它具有高冲击强度和透明外观，对许多用户极具吸引力。与 ABS 一样，它在打印过程中需要通风，因为它会产生大量细小颗粒，如果维护不当，会刺激用户的眼睛并堵塞打印机头。它也比其他材料更容易翘曲。
• HDPE（高密度聚乙烯）。 HDPE 是一种石油基热塑性塑料，通常用于制造可回收部件，例如瓶子。它的主要缺点是很难粘合到其他材料上，并且与其他选项相比可能很难使用。然而，对于热衷于采用可持续、环保的制造方法的公司来说，这是一个极具吸引力的选择。
• HIPS（高抗冲聚苯乙烯）。 这是另一种类似于 PVA 的可溶性支撑材料，尽管它溶于柠檬烯而不是水中，并且在印刷时具有与 ABS 相似的材料特性。这是一种相对较新的材料，仍在增材制造公司中占据一席之地。
• PA（尼龙）。 尼龙是 3D 打印材料系列中相对较新的成员，在精加工和颜色选择方面具有令人难以置信的多功能性。它也是一种低摩擦材料，这使其成为印刷机械零件（例如齿轮）的一个极具吸引力的选择。它坚固、耐用且柔韧，但请记住，它必须在打印前干燥，如果让它冷却太快，则可能会变形。使用尼龙打印时，打印温度通常高于其他材料，因此请确保您的打印机能够适应这种情况。
• PEEK（聚醚醚酮）。 这是一种热塑性聚合物，由于其化学惰性、生物相容性和可消毒性，常用于医疗领域，用于制造外科植入物。由于其出色的硬度和耐磨性，因此还在研究以确定其在汽车行业中的潜在应用。然而，尽管 PEEK 具有相当多的多功能性，但打印起来可能具有挑战性，因此需要配备封闭式腔室和可达到 400°C 温度的热床的专业打印机。
• TPE（热塑性弹性体）。 TPE 是一种多功能、无毒、类似橡胶的材料，广泛用于打印柔性部件（弹簧、手机壳等）。然而，它并不适用于所有打印机，因为已知细丝会在某些类型的挤出机中造成堵塞。
• TPU（热塑性聚氨酯）。 TPU 在机械性能方面与 TPE 相似，但由于其具有更高的耐磨性、耐溶剂性、耐油性和耐油脂性，因此更易于打印，更适合工作部件。它还可以在较冷的温度下保持其弹性。
• PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）。 PMMA 也称为丙烯酸塑料，是一种刚性、透明的塑料，非常适合具有大量精细细节的较小印刷品。这使其成为创造性应用的极有吸引力的选择，例如微缩模型或雕塑，或任何需要光漫射的部件。它不适用于任何会受热或受压的部件，虽然可实现的细节水平非常高，但与其他材料相比，各个层的可见度会略高，因此应将其考虑到您的 3D 模型中。此外，使用 PMMA 打印可能需要在带有封闭腔室的打印机上微调喷嘴和热床，以最大限度地减少冷却过程中的收缩。

最近，引入了许多包含金属元素的塑料基材料，使物体可以打印出具有金属部件的某些品质，而不会增加使用金属进行 3D 打印的复杂性。

选择塑料时要考虑的要点

1. 您对最终打印的零件有什么要求？在做出任何决定之前，这应该是完全清楚的。考虑它最终将用于什么；它是打算成为原型，还是需要大量日常使用的功能产品？
2. 检查耗材直径以确保它与您的打印机兼容。虽然某些打印机可以接受多种直径，但仍值得在购买前提前检查。
3. 检查可打印的最小/最大壁厚，并确保您的 3D 模型能够适应这一点。
4. 考虑在打印过程中是否需要任何支撑或悬垂，并确保将这些因素纳入您的模型以确保其稳定性。如果您的打印机允许，您可能需要考虑使用专用的支持材料。
5. 确保使用正确的存储方法。正如您在上面看到的，许多常用的塑料 3D 打印材料需要特殊的存储方法来确保质量结果。在不同项目之间存放灯丝时，请务必遵循提供的说明。
6. 确保您的打印机可以在适合所选材料的挤出温度下运行，并且使用合适的加热床。错误的温度会导致次优结果。