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樹脂VS粉末:3D打材料對比

魔猴君  知識堂   649天前

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根據(jù)不同的3D打印工藝,可以使用不同的材料,但由于材料種類繁多,用戶選擇起來會十分困難。無論是塑料、陶瓷甚至金屬,3D 打印材料組合都可能是用戶踏入3D打印領(lǐng)域的第一道難題。

今天,魔猴網(wǎng)和大家一起來看兩種聚合物材料:樹脂和粉末。要注意,當(dāng)今市場上有許多粉末和樹脂材料,例如金屬粉末或者陶瓷樹脂,但本文只關(guān)注聚合物。


有兩種類型的3D打印塑料:熱固性塑料和熱塑性塑料,這兩種材料的主要區(qū)別在于它們在受熱時的行為不同。熱固性塑料在固化時會分解,冷卻后不會再形成。另熱塑性塑料是最常用的,加熱后它們可以呈現(xiàn)所需的形狀并經(jīng)歷各種熔化和凝固過程,每次重新加熱時它們的性能都會略有變化。

樹脂與粉末

△塑料粉末可用于許多領(lǐng)域,例如汽車行業(yè)(圖片來源:EOS)

這兩類材料是增材制造中使用最多的材料。對于塑料粉末,根據(jù) Linker 報告,到 2029 年,市場預(yù)計將達(dá)到30億美元;于樹脂,根據(jù) Fortune Business Insights,到2029年,市場預(yù)計將超過7500億美元。每種材料都與不同的3D打印工藝兼容,例如用于粉末的激光熔融技術(shù),以及用于樹脂的材料噴射或光聚合激素,下文將詳細(xì)介紹這些內(nèi)容,以及后處理、定價、材料特性、制造商等等!

塑料粉末和樹脂的特性和性能

一、3D 打印聚合物樹脂

在目前的聚合物市場上,有不同的樹脂,根據(jù)其性能,在不同的領(lǐng)域有不同的應(yīng)用。使用樹脂進(jìn)行 3D 打印可以制造具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的小物體。市場上常用的樹脂包括:

●標(biāo)準(zhǔn)樹脂:這些市場上最便宜和使用最廣泛的樹脂之一,易于加工和研磨,觸感柔軟。然而,它們也很脆弱,很容易破裂,主要用于快速原型制作。

●柔性樹脂:它們通常用于可彎曲或壓縮的打印物體,具有極高的靈活性,可以調(diào)整肖氏硬度。

●水洗樹脂:顧名思義,這些樹脂不需要用異丙醇洗掉,用水清洗即可,它們氣味低,表面干燥且粘性較低。

●工業(yè)樹脂:適用于制造要求堅硬表面的零件,主要分為兩種:

?耐溫樹脂:能夠承受高達(dá) 238 oC 的溫度,用于生產(chǎn)需要更多精度細(xì)節(jié)、高精度和高熱穩(wěn)定性的原型。

?燒結(jié)樹脂:這是一種具有高度細(xì)節(jié)和出色表面光潔度的樹脂,其固化過程比其他樹脂更快。主要特點是澆注后工序干凈,不留殘渣。

●牙科樹脂:牙科領(lǐng)域有特殊樹脂,可以根據(jù)需要著色、透明、更靈活或更堅硬,用于牙橋、牙冠、保持器或夾板的制造,因此這些樹脂必須是可消毒的。


△樹脂在牙科行業(yè)中發(fā)揮著重要作用(圖片來源:Formlabs)

二、3D打印聚合物粉末

在熱塑性聚合物粉末市場上,塑料種類繁多,其中尼龍最為常見:

●尼龍:又稱聚酰胺,最常用的是PA12和PA11。這兩種類型的尼龍吸收水分很少,并且由于其阻力和摩擦力而被用于例如汽車工業(yè)。

?尼龍 PA12:由石油制成,這種材料能夠承受劇烈的溫度變化,并能抵抗各種化學(xué)品的侵蝕。

?尼龍 PA11:是一種生物基聚合物,含有蓖麻油,耐熱性好,彈性高,比PA12更環(huán)保。

●PEEK:這是一種半結(jié)晶熱塑性塑料,因其機(jī)械性能、耐熱性和耐磨性以及由于其比強(qiáng)度高,能夠在工業(yè)界替代某些金屬。然而,它是一種難以加工的材料,尤其是在溫度方面。因此,這種材料主要用于汽車、航空航天和醫(yī)療行業(yè)。

●復(fù)合材料:復(fù)合材料由基體聚合物和短纖維或長纖維組成。最常用的是碳纖維和玻璃纖維,碳纖維是通過將聚合物與碳纖維混合制成的,從而產(chǎn)生更輕、更強(qiáng)和更硬的材料;玻璃纖維是聚合物與玻璃纖維的混合物,與碳纖維一樣堅固,但硬度較低且密度更高。

●聚丙烯:這種熱塑性塑料 ( PP ) 也是半結(jié)晶的,其特點是耐化學(xué)品、良好的電絕緣性和重量輕,但由于必須控制其熱處理,因此難以印刷。

●TPU:熱塑性聚氨酯是一種在加工過程中具有高耐用性和柔韌性的材料。盡管不能承受高溫,但也具有很高的抗沖擊、耐磨和加工能力。

塑料粉末的一個優(yōu)勢是它們的可回收性。由于用于 SLS 和 MJF 的粉末是熱塑性塑料,因此可以在燒結(jié)過程后將它們篩分并與新粉末混合,以重復(fù)使用多余的材料,從而避免浪費。


△圖片來源:巴斯夫

3D 打印數(shù)字工作流程

一、樹脂

對于樹脂 3D 打印,最常用的方法之一是光聚合技術(shù)。這包括 SLA、DLP 和 LCD 工藝,并使用紫外線 (UV) 光固化樹脂,這些過程之間的區(qū)別在于所使用的光源。例如,SLA 使用激光逐點固化樹脂,而DLP使用投影儀在單個投影中固化整個樹脂托盤;與樹脂兼容的另一種完全不同的工藝是材料噴射技術(shù),其中同時使用多種樹脂,包括使用透明樹脂的可能性。

現(xiàn)在我們需要談一談后處理,打印后,零件表面經(jīng)常會有粘性樹脂殘留物,必須用溶劑清洗才能去除。異丙醇是最常用的溶劑,效果最好。打印人員還需要移除在設(shè)計過程中添加的任何支撐,當(dāng)然這取決于零件的幾何形狀。這一步最好用鉗子完成。最后,由于并非所有固化反應(yīng)都必須在打印后立即完成,因此由樹脂制成的部件必須經(jīng)過額外的熱處理。這有很多方法,從簡單的光聚合(例如在陽光下)到使用固化設(shè)備都可以。固化時間因部件而異。最后,在精加工時,可以通過機(jī)械加工等表面處理平滑表面、加固零件本身,創(chuàng)造美觀的表面。

對于樹脂還有一點要特別說明,就是毒性,它在與皮膚接觸時經(jīng)常會引起嚴(yán)重的刺激和過敏,尤其是當(dāng)暴露在太陽的紫外線下時。處理樹脂時還要小心吸入蒸氣,由于它們的高毒性,可能會導(dǎo)致使用者頭暈,因此佩戴足夠的保護(hù)裝置很重要。


△樹脂的后處理步驟(圖片來源:Formlabs)

二、粉末

對于使用塑料粉末的 3D 打印,SLS、MJF 和 Stratasys 的 SAF 之間存在區(qū)別。在 SLS 技術(shù)中,在構(gòu)建板上沉積一層薄薄的粉末后,使用激光選擇性地?zé)Y(jié)粉末并固化選定區(qū)域?;萜盏?Multi Jet Fusion 工藝,在涂上粉末層后,選擇性地將助熔劑沉積在顆粒要融合在一起的區(qū)域。同時,涂上細(xì)化劑可減少零件邊緣的融合,從而使邊緣干凈光滑。在 SAF(選擇性吸收聚變)的情況下,主要區(qū)別在于該技術(shù)使用高能吸收流體,一旦沉積,就會吸收能量。

與使用樹脂不同,聚合物粉末不需要支撐。事實上,3D 打印的部分在打印過程中處于所謂的“粉塊”中,因此得到支撐。在后處理過程種,第一步是從粉塊中取出零件。這涉及一個冷卻過程,根據(jù)零件的不同,該過程最多可能需要 10 個小時。然后是去除粉末,這一步可以手動完成,也可以使用機(jī)器自動完成。操作人員必須穿戴特殊防護(hù)設(shè)備,因為吸入粉末會導(dǎo)致健康危害,塑料部件還有許多其他精加工步驟,例如鍍鋅、噴漆或打磨。

市場上有哪些制造商?

市場上有名的材料制造商是負(fù)責(zé)生產(chǎn)原材料的化學(xué)企業(yè),以及隨后使用它們甚至有時甚至與化學(xué)集團(tuán)合作開發(fā)它們的 3D 公司。

●就樹脂原材料而言,有名的材料制造商包括 Loctite Henkel 、Covestro Additive Manufacturing、BASF 和 Arkema,BASF 和 Arkema與 3D 打印機(jī)制造商合作并經(jīng)常開發(fā)自己的材料。zortrax、Formlabs 和 EnvisionTEC 在這些方面做的也很不錯。

●對于塑料粉末,比較有名的供應(yīng)商為Arkema、BASF、Evonik,它們與 HP 、 EOS合作。粉末制造商AM Polymers 或 Fabulous 在市場種也有一席之地。目前有更多的專有樹脂,因為一些樹脂機(jī)器仍然是封閉的,即它們只與制造商自己開發(fā)的材料兼容。

樹脂和粉末的應(yīng)用

對于樹脂,應(yīng)用場合一般是需要有一定精度要求的地方。例如,微小的零件,用于娛樂或珠寶等行業(yè)的更多彩色組件。樹脂在醫(yī)療領(lǐng)域也很受歡迎,尤其是在牙科領(lǐng)域,特別是用于制作手術(shù)導(dǎo)板、牙冠或植入物。

就塑料粉末的可能應(yīng)用而言,它們可以用于衛(wèi)生領(lǐng)域。尼龍具有生物相容性,因此非常適合制造假肢,因為它可以與皮膚直接接觸。制造業(yè)也經(jīng)常使用這類材料,因為它們用于功能性原型、中小型系列。例如,它可以用來制造齒輪甚至鉸鏈。




來源:南極熊

   
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