全面盤點3D打印樹脂材料

3D打印這個名詞想必大家早已耳熟能詳，隨著技術的不斷進步發(fā)展，3D打印也已逐漸“走入尋常百姓家”，運用到日常生活當中。

將3D打印設備鏈接電腦后，打印設備將數(shù)字模型運用粉末狀或是液體裝材料通過逐層打印的方式表現(xiàn)為實物。3D打印綜合了數(shù)字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多領域的前沿技術，被譽為“第三次工業(yè)革命”的核心技術。

這種快速成型技術無疑顛覆了傳統(tǒng)制造行業(yè)——只需將所需的產(chǎn)品在電腦中建模即可，無需實物模具；不必在制造過程中去除多余材料，省去二次加工和耗材成本。這些不單是大大降低了材料成本和開發(fā)成本，同時也不再有傳統(tǒng)制造業(yè)所必需的大型機械帶來的高能耗和安全隱患。

可以預見，3D打印技術必然會成為未來制造行業(yè)的核心技術，當下已初見雛形。那么當前制約3D打印技術發(fā)展進步的門檻是什么呢？

如上文所說，3D打印技術是將材料按照數(shù)字模型打印的技術。在打印設備已基本完善的情況下，材料，無疑成為了3D打印的重中之重。材料是3D打印的物質基礎和靈魂。從某種意義上來說，材料決定了3D打印技術的未來發(fā)展和應用領域。

目前3D打印的材料主要分為工程塑料、光敏樹脂、橡膠類、金屬類和陶瓷類等。此外，人造細胞、巧克力等特殊材料也在各自領域有所應用。3D打印中所需材料都是針對3D打印設備專門研發(fā)的，無法使用日常所使用的普通塑料、陶瓷等材料。這里著重介紹一下跟塑料行業(yè)相關的材料。

一、工程塑料
工程塑料是指被用作的工業(yè)零件或者外殼材料的工業(yè)用塑料。相比其它材料，兼有強度、耐沖擊性、抗老化、硬度等性能指標兼顧的平衡優(yōu)點。因此它也是目前3D打印中應用最為廣泛的材料。常見的工程塑料種類包括acrylonitrile butadiene styrene（ABS）類材料、polycarbonate（PC）類材料、尼龍類材料等。
1.ABS材料是fused deposition modeling（FDM，熔融沉積造型）快速成型工藝常用的熱塑性工程塑料，具有強度高、韌性好、耐沖擊等優(yōu)點，正常變形溫度超過90℃，可進行機械加工（鉆孔、攻螺紋）、噴漆及電鍍。
ABS材料的顏色種類很多，如象牙白、白色、黑色、深灰、紅色、藍色、玫瑰紅色等，在汽車、家電、電子消費品領域有廣泛的應用。
2.PC材料是真正的熱塑性材料，具備工程塑料的所有特性：高強度、耐高溫、抗沖擊、抗彎曲，可以作為最終零部件使用。使用PC材料制作的樣件，可以直接裝配使用，應用于交通工具及家電行業(yè)。PC材料的顏色比較單一，只有白色，但其強度比ABS材料高出60%左右，具備超強的工程材料屬性，廣泛應用于電子消費品、家電、汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械等領域。
3.尼龍玻纖是一種白色的粉末，與普通塑料相比，其拉伸強度、彎曲強度有所增強，熱變形溫度以及材料的模量有所提高，材料的收縮率減小，但表面變粗糙，沖擊強度降低。材料熱變形溫度為110℃，主要應用于汽車、家電、電子消費品領域。
4.PC-ABS材料是一種應用最廣泛的熱塑性工程塑料。PC-ABS具備了ABS的韌性和PC材料的高強度及耐熱性，大多應用于汽車、家電及通信行業(yè)。使用該材料配合FORTUS設備制作的樣件強度比傳統(tǒng)的FDM系統(tǒng)制作的部件強度高出60%左右，所以使用PC-ABS能打印出包括概念模型、功能原型、制造工具及最終零部件等熱塑性部件。
5.polycarbonate-iso（PC－ISO）材料是一種通過醫(yī)學衛(wèi)生認證的白色熱塑性材料，具有很高的強度，廣泛應用于藥品及醫(yī)療器械行業(yè)，用于手術模擬、顱骨修復、牙科等專業(yè)領域。同時，因為具備PC的所有性能，也可以用于食品及藥品包裝行業(yè)，做出的樣件可以作為概念模型、功能原型、制造工具及最終零部件使用。
6.POLYSULFONE（PSU）類材料是一種琥珀色的材料，熱變形溫度為189℃，是所有熱塑性材料里面強度最高，耐熱性最好，抗腐蝕性最優(yōu)的材料，通常作為最終零部件使用，廣泛用于航空航天、交通工具及醫(yī)療行業(yè)。PSU類材料能帶來直接數(shù)字化制造體驗，性能非常穩(wěn)定，通過與RORTUS設備的配合使用，可以達到令人驚嘆的效果。
二、光敏樹脂
光敏樹脂即ultraviolet rays（UV）樹脂，由聚合物單體與預聚體組成，其中加有光（紫外光）引發(fā)劑（或稱為光敏劑）。在一定波長的紫外光（250０～300ｎｍ）照射下能立刻引起聚合反應完成固化。光敏樹脂一般為液態(tài)，可用于制作高強度、耐高溫、防水材料。常見的光敏樹脂有somos NEXT材料、樹脂somos11122材料、somos19120材料和環(huán)氧樹脂。
1.somos NEXT材料為白色材質，類PC新材料，韌性非常好，基本可達到selective laser sintering（SLS，選擇性激光燒結）制作的尼龍材料性能，而精度和表面質量更佳。somos NEXT材料制作的部件擁有迄今最優(yōu)的剛性和韌性，同時保持了光固化立體造型材料做工精致、尺寸精確和外觀漂亮的優(yōu)點，主要應用于汽車、家電、電子消費品等領域。
2.somos11122材料看上去更像是真實透明的塑料，具有優(yōu)秀的防水和尺寸穩(wěn)定性，能提供包括ABS和PBT在內(nèi)的多種類似工程塑料的特性，這些特性使它很適合用在汽車、醫(yī)療以及電子類產(chǎn)品領域。
3.somos19120材料為粉紅色材質，是一種鑄造專用材料。成型后可直接代替精密鑄造的蠟膜原型，避免開發(fā)模具的風險，大大縮短周期，擁有低留灰燼和高精度等特點。
4.環(huán)氧樹脂是一種便于鑄造的激光快速成型樹脂，它含灰量極低（800℃時的殘留含灰量＜0.01%），可用于熔融石英和氧化鋁高溫型殼體系，而且不含重金屬銻，可用于制造極其精密的快速鑄造型模。

【編者總結】目前，3D打印技術正在受到越來越多領域的關注，世界各國也投入大量人力物力進行技術開發(fā)和實際應用的研究。除了已有的產(chǎn)品原型、模具制造、藝術創(chuàng)意產(chǎn)品、珠寶制作等領域應用方向外，在生物工程與醫(yī)學、建筑、服裝等領域，3D打印技術的引入也為其開拓了更廣闊的發(fā)展空間。各國也在進行就3D打印技術在軍事領域方面應用的研究，尤其是各類高價值零部件的制造與加工方面。

3D打印技術飛速發(fā)展，未來必將應用到日常生活中和各領域的制造業(yè)。在此之前，你是否已經(jīng)準備好接受它？