掌握 TPU 3D 打印：柔性耐用零件完全指南

您是否想过 3D 打印柔性零件？如果是，热塑性聚氨酯（TPU），即通常所说的 TPU，绝对值得列入备选清单。

TPU 3D 打印提供其他材料（ABS、PLA、尼龙）无法实现的独特可能性。结合塑料与橡胶特性，TPU 可生产弹性、高耐用零件，易于弯曲压缩。

本教程将探讨 TPU 的优势应用、支持该材料的技术，以及让 TPU 3D 打印轻松高效的实用技巧。

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什么是 TPU？

热塑性聚氨酯（TPU）属于热塑性弹性体家族，融合热塑性塑料与橡胶（热固性）的最佳特性。

您可能更熟悉 TPE——热塑性弹性体。曾是柔性 3D 打印首选材料，TPE 非常柔软、类橡胶，可弯曲拉伸不变形。但其柔软使 TPE 对挤出机极具挑战。

TPU 可视为 TPE 新版。TPU 具橡胶般弹性、高撕裂耐磨、高断裂伸长率及热稳定性。

此外，TPU 还耐油、油脂和多种溶剂。比 TPE 更硬，因此也更易 3D 打印。

优点缺点应用 弹性柔软材料吸湿性强运动用品 可因断裂伸长率极高而极具延展性易拉丝堵塞保护壳 低翘曲收缩需低温打印汽车衬套 耐化学性后处理困难减震部件 良好抗冲击 良好减震缓冲 多色可选

应用

TPU 应用广泛。例如，适合 3D 打印需弯曲压缩的柔性功能原型或终端用件。

消费品

消费品领域，TPU 适合生产手机壳、鞋类组件等配件。

2015 年，New Balance 用 TPU 3D 打印中底制造跑鞋。借助 3D Systems DuraForm Flex TPU、3D 打印和生成式设计，该鞋业巨头在中底实现高柔韧性、强度、最优重量和耐用性。

医疗

TPU 另一有趣应用在医疗领域。如制作骨科模型。2016 年，美国 Graphene 3D Lab 推出导电 TPU 丝材，适合生产柔性电子，含腕带式可穿戴医疗设备。

汽车

凭借对油脂的高化学抗性，TPU 适合汽车密封件、垫圈、塞子、管路和防护应用。

创新案例：中国初创 XEV Limited 3D 打印电动车，约 100 部件多用 TPU 配合 PLA 和尼龙打印。

可用 TPU 材料

材料厂商材料品牌名肖氏 A 硬度关键特性技术 3D Systems DuraForm TPU Elastomer 肖氏 A 硬度可调 耐磨耐撕裂 易加工 断裂伸长率 200% SLS Prodways TPU-70A 70A 高分辨率 断裂伸长率 300%+ SLS Advanc3D Adsint TPU 80 shA 80A 优异耐磨耐化学 断裂伸长率 600% SLS Sinterit Flexa Soft 40-55A 断裂伸长率 137% SLS Sinterit Flexa Black 80-90A 断裂伸长率 155% SLS Sinterit Flexa Grey 70-90A（可调） 断裂伸长率 137% SLS Sinterit Flexa Bright 79A 断裂伸长率 317% SLS LUVOCOM LUVOSINT® TPU 92 Shore A 88A 高强度高耐磨 断裂伸长率 500% SLS Lubrizol Estane® 3D TPU F70D-045TR UV 70D 低温柔韧性和 UV 稳定性 FFF, SLS, Multi Jet Fusion (MJF) Lubrizol Estane® 3D TPU F50D-045SR GP 50D 高刚性优异耐化学耐油 FFF, SLS, MJF Lubrizol Estane® 3D TPU F98A-030CR HC 98A 优异力学性能、低翘曲收缩 FFF, SLS, MJF Lubrizol Estane® 3D TPU F75D-035 TR UV 75D 高模量优异加工属性 FFF, SLS, MJF Ninjatek Ninjaflex TPU 85A 耐磨比 ABS 好 20%、比 PLA 好 68% 耐化学 断裂伸长率 660% FFF Ninjatek Cheetah TPU 95A 极佳冲击强度 耐磨比 ABS 好 40%、比 PLA 好 76% 断裂伸长率 580% FFF Ninjatek Armadillo TPU 75D 刚性、耐磨、强韧 极佳桥接能力、几乎无翘曲 FFF Polymaker PolyFlex™ TPU 95 95A 易加工 断裂伸长率 330% FFF rigid.ink rigid.ink TPU 94A 强韧耐用 断裂伸长率 500% FFF MatterHackers MatterHackers PRO TPU 95A 耐磨、耐油脂、耐油 FFF Fillamentum Flexfill TPU 92A and 98A 耐油、优异层间粘附 FFF

TPU 3D 打印技术

探索该柔性材料 3D 打印，有两大主流技术：选择性激光烧结（SLS）和熔融沉积建模（FDM）。

深入了解各自可能性。

选择性激光烧结

选择性激光烧结（SLS）是粉末床熔融 3D 打印技术，用激光束选择性熔融粉末材料。

SLS 对工业制造优势多：能生产力学性能优异的功能件。且无需支撑结构，允许无支撑痕迹的自由形态件。但零件需后处理改善表面光洁度。

最初技术用于多种尼龙，随材料研究进展，现可烧结 TPU 粉末。

目前市场上几家厂商提供不同肖氏硬度 TPU 粉末：

– 3D Systems 提供专有 DuraForm TPU Elastomer，兼容其 Pro 60 HD-HS 3D 打印机。

– 法国 AM 专家 Prodways 材料组合含 TPU-70A，断裂伸长率超 300%。TPU-70A 可按能量输入调整肖氏硬度。

– 2017 年，德国材料商 Advanc3D 推出 Adsint TPU 80 shA，称其为 SLS 技术商业可用的最强延展材料。

使用 TPU 粉末的设计技巧

最小壁厚
TPU 粉末最小壁厚 1.5mm。1.5mm 壁厚件极柔韧，增至 3mm 可提高刚性。

最小特征尺寸
设计 TPU 件细节时，确保最小 0.5mm。凸/凹细节高宽不小于 1.5mm 以保可见性。

复杂设计
作为粉末床技术，SLS 可创建封闭互锁件，省去单独打印组装。成功要点：件间间隙最小 1mm。大件需增大间隙。

排粉孔
挖空零件可减时间省材料。但别忘设计直径 ≥1.5mm 孔，助打印后清除内部残留粉末。

熔融沉积建模

FDM 技术也可用 TPU 丝材。

用 FDM 而非 SLS 制造 TPU 件有两大优势：一、FDM 更便宜；二、丝材打印 TPU 通常比粉末更快。

另一方面，FDM 用 TPU 丝材打印尺寸精度较低、层纹可见不可平滑。且因 TPU 比 ABS/PLA 热塑性软，丝材在挤出机构中易弯曲，导致丝材盘绕和挤出机堵塞。然而，材料的柔软性正是 TPU 打印层间粘结强韧耐用的原因。

TPU 丝材 3D 打印 5 大技巧

打印机基础要求：

• 挤出温度：225-250°C
• 挤出机类型：推荐直接驱动挤出机
• 加热打印床：50 ±10 °C
• 冷却：推荐部件冷却风扇（中/高档）
• 外壳：非必需
• 构建表面：高温胶带（PEI）、蓝色美纹纸胶带

打印温度

推荐挤出温度范围 225-250°C，视打印机类型和 TPU 丝材而定。但请注意，较高温度让丝材熔融更快、更易从喷嘴流出。

速度

TPU 通常在较慢速度下打印最佳。良好实践：设为平均速度一半（15–20 mm/s）以确保高质量打印。

挤出倍率

挤出倍率是 3D 打印机控制喷嘴出丝量即挤出流速的设置。TPU 丝材打印中可能挤出不当，导致层间和周壁粘结不良。应对之一是略微增加挤出倍率。

回抽

回抽是将丝材拉回挤出机防止熔体渗漏的机制。对 PLA、ABS 等刚性丝材很有用，但对 TPU 丝材，回抽具挑战性并可能导致堵塞。因此强烈建议禁用回抽，防止喷嘴内柔性丝材拉伸压缩。

筏底和裙边

筏底是零件下方的一次性水平面，防翘曲。但 TPU 件通常不翘曲，故不推荐用筏底，且因高打印速度可能引发额外问题。相反，明智做法打印裙边——几圈围绕打印的丝材——检查丝材流动、确保前几层成功。

结语

TPU 是高实用性材料，提供独特性能和广泛应用可能。

但因材料独特性质，TPU 3D 打印可能棘手，因此打印前理解 TPU 可能性与局限至关重要。有了本指南，希望您已在成功生产 3D 打印 TPU 零件的路上。