【南極熊3D打印文化】別再找了，史上最全的FDM高分子材料都在這里了

FDM（熔融沉積成型）技術(shù)的成型材料主要為熱塑性材料，我們主要介紹目前市場上FDM技術(shù)使用的七種材料：ABS、PLA、PC、PP、合成橡膠、PPSF和PEI。

1 ABS

ABS（AcrylonitrileButadiene Styrene）是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高強(qiáng)度及高光潔度。由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚成的工程塑料ABS，具有強(qiáng)度高、韌性好、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，是一種熱塑性高分子材料結(jié)構(gòu)。

ABS的材料種類很多，有象牙白、藍(lán)色、玫瑰紅色、黑色等，廣泛地應(yīng)用于汽車、紡織、電子電器等領(lǐng)域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。ABS是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的聚合物之一。

ABS各色材料圖

在3D打印中，ABS是FDM成型工藝常用的熱塑性工程塑料，但不能生物降解。ABS良好的強(qiáng)度、柔韌性、機(jī)械加工及抗高溫性能常常使其成為工程師的首選塑料。另外，它具有極好的耐磨性和抗沖擊能力。ABS物件在3D打印過程中最大的障礙就是與3D打印機(jī)的工作平臺(tái)直接接觸的表面易出現(xiàn)翹曲，這就需要提前加熱打印平臺(tái)（一般50～110℃）.

利用ABS材料打印的工業(yè)部件（圖片來源：Stratasys）

利用ABS材料制作的游戲手柄外殼（圖片來源：南極熊）

2 PLA

PLA即聚乳酸，又名玉米淀粉樹脂，是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（玉米）所提取出的淀粉原料制備而成，使用后能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水。聚乳酸的加工溫度為170℃～230℃，具有良好的熱穩(wěn)定性和抗溶劑性，被廣泛應(yīng)用于服裝、工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域。

基于玉米淀粉的各色PLA線材

PLA一經(jīng)問世就被認(rèn)為是迄今為止最有市場潛力的可生物降解聚合物而備受關(guān)注。EMS伊文達(dá)-費(fèi)希爾（Inventa -Fisher）公司將基于PLA的生物降解聚合物生產(chǎn)工藝推向工業(yè)化，該公司與德國AIB農(nóng)業(yè)技術(shù)研究院和FIAP聚合物研究院合作，在德國農(nóng)業(yè)部的支持下，開發(fā)了基于淀粉的技術(shù)生產(chǎn)PLA。在我國，越來越多的塑料加工企業(yè)也參與了PLA的研發(fā)和生產(chǎn)。

PLA在3D打印過程中不會(huì)像ABS那樣釋放出刺鼻的氣味，變形率僅是ABS耗材的1/10到1/5。PLA對(duì)人體無害和可完全生物降解的特性使得PLA在生物醫(yī)藥領(lǐng)域是最具發(fā)展前景的材料之一。聚乳酸對(duì)人體有高度安全性，可被組織吸收，可應(yīng)用在生物醫(yī)療的諸多領(lǐng)域，如一次性輸液工具、免拆手術(shù)縫合線、人造骨折內(nèi)固定材料等。

3D打印的PLA骨折固定裝置（圖片來源：3ders）

注意：當(dāng)我們使用家庭3D打印機(jī)的時(shí)候一般沒有防護(hù)措施。美國和法國科研人員發(fā)表了一項(xiàng)科研成果，表明桌面3D打印機(jī)能夠散發(fā)出許多的超細(xì)微粒。超細(xì)微粒通常都很容易進(jìn)入到人體的氣管和肺部，并被吸收到血液循環(huán)系統(tǒng)，因而長期接觸就有可能引發(fā)一些健康問題。研發(fā)者發(fā)現(xiàn)，打印ABS的顆粒排放量為PLA的10倍。

然而，PLA作為3D打印耗材也有其天然劣勢。打印的物體強(qiáng)度低于ABS，抗沖擊能力不足，在高溫環(huán)境下會(huì)變形等問題，在一定程度上影響了PLA在3D打印領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。

PLA各色制品（圖片來源：Polymaker）

3 PC

聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）是一種20世紀(jì)50年代末期發(fā)展起來的無色高透明度的熱塑性工程塑料。PC材料具有耐沖擊、韌性高、耐熱性高、耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于眼鏡片、飲料瓶等各種領(lǐng)域。聚碳酸酯最早由德國拜爾公司于1953年研發(fā)制得，并在20世紀(jì)60年代初實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，90年代末實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

PC粒料

目前，國內(nèi)外都非常重視PC材料在3D打印技術(shù)中的應(yīng)用，PC材料是一種綜合性能優(yōu)越的工程塑料，成型收縮率小，尺寸穩(wěn)定性高，在建筑行業(yè)、汽車制造工業(yè)、醫(yī)療器械、航空航天、電子電器等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一架波音型飛機(jī)上所用PC部件多達(dá)2500個(gè)。

利用PC材料打印的工業(yè)部件（來源：南極熊）

PC材料3D打印成品（圖片來源：南極熊）

4 聚丙烯（PP）及模擬聚丙烯材料

PP即聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂，其無毒、無味，強(qiáng)度、剛度、硬度耐熱性均高于聚乙烯,可在100℃左右使用，具有良好的介電性能和高頻絕緣性且不受濕度影響。缺點(diǎn)是不耐磨、易老化。適于制作一般機(jī)械零件、耐腐蝕零件和絕緣零件。常見的酸、堿等有機(jī)溶劑對(duì)它幾乎不起作用，可用于食具。

聚丙烯3D打印模型

模擬聚丙烯材料是一種新型的可用于3D打印的聚合物材料，它在很多方面模擬了聚丙烯在強(qiáng)度和耐熱性方面的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也彌補(bǔ)了聚丙烯材料在韌性和低溫脆性等方面的不足。由于模擬聚丙烯擁有著亮白的顏色以及極佳的表面光潔度、光滑的觸感，它在家用電器、日常消費(fèi)品、汽車部件及實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的原型制作方面都非常使用。

模擬聚丙烯材料

5 合成橡膠

在四大工業(yè)基礎(chǔ)原料——天然橡膠、煤炭、鋼鐵和石油中，天然橡膠是占有一席之地的。在四大原料之中，又是唯一的可再生資源。從橡膠發(fā)展的歷史看，1900年可以作為一個(gè)分水嶺，之前人類對(duì)橡膠的認(rèn)識(shí)與利用僅僅局限于天然橡膠，之后則慢慢進(jìn)入人工合成橡膠階段。橡膠發(fā)展歷史中幾個(gè)值得紀(jì)念的大事件如下：1826年，Hancock發(fā)明開放式煉膠機(jī)，實(shí)現(xiàn)了橡膠的塑煉；1839年，Goodyear發(fā)現(xiàn)硫黃和堿式碳酸鋁可以使橡膠硫化，橡膠性能得到大幅提升；1904年，S.C. Mote發(fā)現(xiàn)炭黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用；1909年，霍夫曼獲得世界第一項(xiàng)合成橡膠專利；1955年，美國人利用齊格勒-納塔催化劑人工合成了結(jié)構(gòu)與天然橡膠基本一樣的合成天然橡膠。1888年，Dunlop發(fā)明的充氣輪胎在汽車工業(yè)中的大量應(yīng)用，是橡膠工業(yè)得以起飛的直接原因。目前有超過一半的橡膠消費(fèi)量被用于制作輪胎制品。第一次和第二次世界大戰(zhàn)的戰(zhàn)爭需求也極大地促進(jìn)了橡膠的發(fā)展，時(shí)至今日，橡膠仍然是世界各國所關(guān)注的重要戰(zhàn)略物資。

用于FDM技術(shù)的橡膠線材（圖片來源：南極熊）

統(tǒng)一將用化學(xué)方法人工合成的橡膠稱為合成橡膠，能夠有效彌補(bǔ)天然橡膠產(chǎn)量不足的問題，合成橡膠一般在性能上不如天然橡膠全面，但它具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或低溫等性能。3D打印的橡膠類產(chǎn)品主要有消費(fèi)類電子產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備、衛(wèi)生用品、汽車輪胎以及絕緣材料等。

利用合成橡膠3D打印的物件（圖片來源：3dprint.com）

6 PPSF

聚亞苯基砜（Polyphenylsulfone, PPSF）是支持FDM技術(shù)的新型工程塑料，其顏色為琥珀色，材料熱變形溫度為189℃，適合高溫的工作環(huán)境。PPSF可以持續(xù)暴露在潮濕和高溫環(huán)境中而仍能吸收巨大的沖擊，適用于沖擊強(qiáng)度高、耐應(yīng)力開裂和耐化學(xué)腐蝕的材料。

通過3D打印技術(shù)制作的PPSF物件堅(jiān)如硬木，可承受高溫高壓，具有良好的機(jī)械性能，被廣發(fā)應(yīng)用于電子、汽車和醫(yī)療等領(lǐng)域，另外，PPSF無毒，可與食品和飲用水直接接觸，獲得了美國FDA認(rèn)證。無論是從經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，還是從經(jīng)濟(jì)效益來考慮，PPSF的開發(fā)和應(yīng)用都是相當(dāng)必要的。

PPSF材料制品

7 PEI

聚醚酰亞胺（Polyetherimide,PEI）材料針對(duì)FDM工藝，具有完善的熱學(xué)、機(jī)械以及化學(xué)性質(zhì)，PEI在高溫下具有高強(qiáng)度、高耐磨性以及尺寸穩(wěn)定性，是航空航天、汽車與軍隊(duì)?wèi)?yīng)用產(chǎn)品的理想之選。美國通用公司的PEI商品名為“ULTEM”，在線路板、照明設(shè)備、液體輸送設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、飛機(jī)內(nèi)部零件和家用電器等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。其中ULTEM 9085材料是ULTEM材料中應(yīng)用最廣泛的，具有優(yōu)越的綜合性能。

利用ULTEM 9085材料打印的工業(yè)物件（圖片來源：SolidSmack）

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