尼龙 3D 打印长丝：材料、性能和实际应用
尼龙大约有 50 种不同类型，但并非所有类型都适合 3D 打印——它最初被设计为纺织纤维。杜邦公司的研究员 Wallace H. Carothers 于 1935 年首次发现它，当时他正在尝试制造第一种全合成纤维。从那时起，尼龙开始用于多种用途，从连裤袜到建筑、汽车甚至航空航天中使用的高性能零件。让我们详细了解一下。
什么是尼龙 3D 打印？
尼龙是一族具有相似成分的半结晶热塑性聚酰胺。它是通过一种称为缩聚的过程制成的，其中两种不同的单体起始材料（二胺和二酸）一起反应形成聚合物，产生水或HCl等副产品。但每种尼龙的生产方法略有不同。以尼龙6,6为例，它是通过两种常见原料六亚甲基二胺和己二酸之间的缩合反应制成的。另一种方法是开环聚合，它使用己内酰胺作为原料来生产尼龙 6。您将在下面找到有关不同尼龙及其制造方法的更多详细信息。
尼龙用于 3D 打印已有二十多年的历史；细丝形式可与熔融沉积成型 (FDM) 打印机配合使用，粉末形式适用于选择性激光烧结 (SLS) 和多射流熔融 (MJF) 工艺。下图显示了使用尼龙丝在 3D 打印机上制作的零件。
您可能听说尼龙是一种很难加工的材料，这不是谎言。尼龙的问题在于它具有吸湿性，这意味着它会吸收空气中的水分。如果在打印前没有适当干燥，它很容易翘曲，层间附着力差，并且打印质量不一致。
好消息是，玻璃和碳纤维的添加消除了大部分麻烦，同时提高了其机械性能。尼龙碳纤维长丝是通过将短碳纤维束混入尼龙中，然后将其挤出成长丝而制成的。这些纤维可以稳定材料并防止其在打印过程中变形。更好的消息是，高达 25% 的尼龙长丝体积可以是这些填料之一。当与正确的填料和打印机设置相结合时，尼龙可用于制造坚固、耐用且功能齐全的零件，用于耐磨应用。
优点
- 灵活
- 强硬
- 耐磨
- 耐碱、耐油、耐燃料和有机溶剂
- 比其他工程热塑性塑料（即 PETG 或 ABS）具有更好的抗冲击性
- 比 PLA 或 ABS 更耐紫外线（添加紫外线稳定剂后效果更佳）
- 可回收
缺点
- 在打印过程中容易变形并与打印床分离
- 具有吸湿性，因此在打印前后很容易吸收水分 - 可能会导致缺陷
- 强度不如其他长丝，例如 PETG 或 ABS
- 不可生物降解
- 不耐卤素和无机酸
应用程序
- 滑轮
- 齿轮
- 紧固件
- 扎带和束线带
- 塑料扣
- 在干燥的户外环境中
尼龙丝的成分是什么？
尼龙是一族具有相似成分的半结晶热塑性聚酰胺。尼龙通常通过称为缩聚的过程合成。在此过程中，两种不同的单体起始材料（二胺和二酸）一起反应形成聚合物和副产物分子（例如水或HCl）。例如，尼龙66是由两种常见原料六亚甲基二胺和己二酸通过缩合反应制成的。另一种加工方法称为开环聚合，使用己内酰胺作为原料生产尼龙 6。
尼龙通常与碳纤维和玻璃纤维结合以改善其机械和热性能。高达 25% 的长丝体积可以是这些填料之一。
尼龙长丝有什么特性？
下面列出了尼龙3D打印耗材的一些常见性能：
- 尼龙具有出色的柔韧性和韧性，可用于承受恶劣负载条件的应用。
- 尼龙具有良好的耐磨性，常用于滑轮。
- 尼龙具有优异的耐油、耐燃料和有机溶剂性能。
- 与 ABS 等常见工程塑料相比，尼龙具有优异的抗冲击性。
尼龙长丝性能比较
但尼龙与其他流行的 3D 打印线材（如 ABS、PETG 和 PP）相比如何呢？我们已将所有重要细节放在下表中（为了便于参考，再次将尼龙 6 放在其中）。
尼龙 3D 打印有哪些局限性？
使用尼龙印刷有一些缺点，如下所列：
- 尼龙在打印过程中容易变形，并且可能从打印床上脱落。
- 尼龙在打印前后都很容易吸收水分。长丝材料吸收水分通常会导致打印部件出现缺陷。
- 尼龙不如其他可打印材料（例如 PETG 和 ABS）坚固。
下面列出了尼龙3D打印长丝的一些优点：
- 尼龙具有出色的耐磨性，是滑轮和齿轮的理想选择。
- 与 PETG 或 ABS 等其他工程热塑性塑料相比，尼龙具有出色的抗冲击性。
- 尼龙比 PLA 或 ABS 更耐紫外线，可在干燥的户外环境中使用。通过在原料中添加紫外线稳定剂，可以进一步提高其抗紫外线能力。
为什么尼龙用于 3D 打印？
尼龙因其韧性、耐化学性和耐磨性而被用于 3D 打印。这是一种难以加工的材料，但可用于打印功能部件。尼龙碳纤维长丝是一种流行的材料，它是通过将短碳纤维束混合到尼龙中，然后将其挤出成长丝而制成的。这些纤维可以稳定材料，防止打印过程中翘曲，提高机械强度并改善热性能。
如何在 3D 打印中使用尼龙
尼龙3D打印丝由于容易变形和吸湿而难以打印。然而，如果使用正确的打印机设置，就没有理由不能获得出色的结果。下面列出了成功打印尼龙的一些技巧：
- 尼龙容易吸收水分。由于水分蒸发时沸水气泡膨胀而产生孔隙，这种特性可能会对打印部件产生不利影响。因此，将长丝材料储存在密封容器中非常重要。有些容器甚至可以在打印过程中存储耗材，这对于长时间打印特别有用。
- 如果打印环境未保持在 45 °C 左右，尼龙在打印过程中会发生翘曲。
上述尼龙 3D 打印技巧通常适用于所有尼龙塑料。然而，碳纤维尼龙丝和玻璃填充尼龙丝则不易翘曲。
尼龙 3D 打印的最佳配置设置是什么？
正如我们提到的，通过正确的打印机设置和正确的尼龙类型，您没有理由不能获得出色的结果。以下是我们的一些重要技巧，通常适用于所有尼龙塑料长丝，以实现成功的 3D 打印。
1. 首先，您需要确保您的打印机已调整至适合该材料的最佳设置。虽然所需的具体打印机设置取决于尼龙的配方，但一般规则如下：
- 挤出机/喷嘴温度 ：230–260°C
- 床温 ：60–70°C
- 打印速度 ：30–70 毫米/秒（50 毫米/秒是获得最佳结果的理想选择，尤其是对于细节零件）
- 填充密度 ：20%，带有三角形填充图案（应根据应用进行调整；承重用途可能需要 50–80%）
- 最佳壁厚 ：1.5 毫米（对于大多数应用；取决于零件的最终用途）
2. 如您所见，在使用尼龙时，必须使用加热的打印床，这样它就不会变形并从床上剥离，但您可能还需要使用粘合剂对其进行准备。
3、保持打印环境在45℃左右。
4. 使用不易翘曲的碳纤维或玻璃填充尼龙丝。
5. 将尼龙长丝存放在防潮、密封的容器中。有些容器甚至可以在打印过程中存储耗材，方便长时间打印。
6. 这适用于所有 3D 打印材料，但请尝试不同的速度设置，直到找到完美的速度设置。每种打印机和材料组合的行为都会略有不同。
尼龙3D打印耗材常见问题解答
尼龙与其他塑料 3D 打印线材有何不同？
尼龙比 PETG 和 ABS 更耐冲击，并且比 PLA 更坚韧、更柔韧。 PLA 又硬又脆，在循环载荷下的抗疲劳性能较差，因此尼龙在这一轮中获胜。与尼龙一样，ABS 是一种难以打印的材料，但它比尼龙更易于使用，并且还具有更好的拉伸强度。 PETG 也更容易打印，而且比尼龙更便宜。
尼龙可回收吗？
它必须在工业回收设施中回收。例如，尼龙 6 比尼龙 6,6 更具可回收性，因为它是由单分子制成的。这使得它很容易聚合，而尼龙 6,6 是由两个难以分离的分子制成。
为什么潮湿对 3D 打印不利？
如果湿气进入材料中，打印的部件可能会被损坏（正如我们所见，尼龙喜欢吸收湿气）。这是因为沸水的气泡膨胀而产生的孔隙；由于打印过程中水分蒸发，会导致材料变弱。
最佳尼龙 3D 打印速度是多少？
尼龙的打印速度可以在 30 至 70 毫米/秒之间，但最佳速度往往在 50 毫米/秒左右，特别是在打印需要高水平细节的情况下。与任何 3D 打印过程一样，可能需要尝试几种不同的速度设置，直到确定最佳运行速度。每种打印机/材料组合的行为都略有不同。
尼龙长丝的熔化温度是多少？
尼龙长丝的熔化温度为188.4℃。碳或玻璃填充尼龙 3D 打印丝的熔化温度与其基础聚合物熔化温度相当。
使用尼龙打印时是否需要加热打印床？
是的，使用尼龙打印时需要加热打印床。如果没有充分准备粘合剂并加热，尼龙很容易变形，并且可能会从床上脱落。
3D 打印尼龙的最佳壁厚是多少？
尼龙 3D 打印的最佳壁厚取决于所打印零件的最终用途。然而，一般来说，1.5 毫米的壁厚对于大多数应用来说是理想的。
3D 打印尼龙的最佳壁密度是多少？
非功能性原型尼龙 3D 打印零件的最佳填充密度是 20%。然而，必须根据预期应用来调整该密度。承重应用可能需要 50% 至 80% 的填充密度。标准三角形填充物足以满足大多数应用。
尼龙可生物降解吗？
不，像大多数其他商品和工程级热塑性塑料一样，尼龙不可生物降解。
尼龙吸湿吗？
是的，尼龙具有吸湿性，很容易吸收水分。因此，建议将尼龙丝材料保存在防潮的外壳中。
3D 打印中尼龙和 PLA 有何区别？
PLA是一种硬脆材料，抗疲劳性能较差。而尼龙则更坚韧、更柔韧，在循环载荷下具有更好的抗疲劳性能。
3D 打印中尼龙和 ABS 有什么区别？
与尼龙一样，ABS 是一种难以打印的材料。然而，它比尼龙更容易使用。 ABS还具有更好的拉伸强度。然而，尼龙的耐冲击性明显高于 ABS。
3D 打印中尼龙和 PETG 有什么区别？
PETG 的抗冲击性不如尼龙>但是，它比尼龙更容易打印并且更便宜。
凯特·德·纳乌姆
Kat de Naoum 是一位来自英国的作家、作家、编辑和内容专家，拥有 20 多年的写作经验。 Kat 拥有为各种制造和技术组织写作的经验，并且热爱工程领域。除了写作之外，Kat 还担任了近 10 年的律师助理，其中 7 年从事船舶融资工作。她为许多出版物撰写文章，包括印刷版和在线版。 Kat 拥有金斯顿大学英国文学和哲学学士学位以及创意写作硕士学位。
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