由於完全改變了傳統製造工業的方式和原理，作為關鍵關鍵技術的3D列印儼然已成為各國製造業先進與否的技術衡量標準。知名3D列印顧問公司Wohlers Associates近日發布的《Wohlers Report 2018》顯示：2017年3D列印行業整體增長21%，市場價值超過12.5億美金。行業數據顯示，截至2020年，3D列印市場的價值將高達210億美金。

3D列印製造技術主要由三大要素組成：精準的三維設計；強大的成型設備；滿足製品性能和成型工藝的材料。

目前，3D列印材料約有200餘種，通常對於耐熱性、靈活性、穩定性以及敏感性有著極高的要求，均是專門針對3D列印設備和工藝而研發。

可見，在3D列印風暴席捲全球的今天，作為其中關鍵部分的3D列印材料無疑正幫助攪動這場風暴。作為3D列印的「墨水」，3D列印材料開發難度大、成本高，目前仍是構建3D列印生態圈的掣肘因素。

俗話說「巧婦難為無米之炊」，3D列印材料之於3D列印的重要性不言而喻！今天，就讓我們好好「爆料」一下這些3D列印材料。

工程塑料

作為當前應用最廣泛的一類3D列印材料，工程塑料佔商用3D列印材料的90%以上，應用於FDM設備，是強度、耐衝擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑料。主要包括熱塑性材料和熱固性材料。目前常見的工程塑料主要有以下幾類：

丙烯腈-丁二烯：當前最熱門的FDM 熱塑性塑料之一，通常呈絲狀；具有良好的熱熔性與衝擊強度，是通過熔融沉積3D列印的首選工程塑料。優點在於列印出的部件機械強度好且穩定性高。同時，還可與可溶性支撐材料一起使用。可以進行多種顏色選擇，甚至可以自定義顏色，比如Stratasys 公司的丙烯腈-丁二烯 plus材料在FDM技術的輔助下就能提供象牙色、白色、黑色等九種顏色的選擇。

PC：白色工程塑料，可與FDM技術相結合製造出耐用的模型、工具或最終產品部件。與丙烯腈-丁二烯塑料相比，PC材料具有更好的強度、耐高溫性、抗衝擊性等優點，因此可以作為最終零部件使用於超強工程製品的應用。使用PC材料製作的樣件可直接裝配使用，廣泛應用於汽車製造、航空航天、醫療器具等領域。

PA：機械強度高，且具有一定柔韌性，耐熱，耐摩擦。Stratasys 公司的FDM Nylon 12具有優秀的強度特性和抗疲勞性，並可抗中度腐蝕性化學品，適於重複閉合、卡扣式和抗振動部件，而Stratasys的FDM Nylon 6同時具有優於其他熱塑性塑料的強度和韌性，可經受嚴格的功能測試，是汽車、航空航天、消費品和工業製造行業中的產品製造商和開發工程師的理想選擇。

光敏樹脂

因具有較快的固化速度，光敏樹脂表乾性能優異，成型後產品外觀平滑，可呈現透明至半透明磨砂狀。因具有良好的液體流動性和瞬間光固化特性，使得液態光敏樹脂成為3D列印耗材用於高精度製品列印的首選材料。目前主要有以下三類：

齊聚物：含有不飽和鍵的低分子聚合物，種類多，以各類丙烯酸樹脂最為常見。齊聚物是光固化材料中最為基礎的材料，決定了光敏樹脂的黏度、硬度、斷裂延伸率等基本物理化學性能。

反應性稀釋劑：是含有雙鍵的小分子溶劑。反應性稀釋劑調節體系的黏度，降低齊聚物的黏度，避免噴頭因黏度過高而堵塞。反應性稀釋劑還參與到光固化反應之中，影響到聚合反應的動力學、聚合程度以及固化物的物理性質等。

光引發劑：最為關鍵的組分，決定了光固化材料的質量與光固化反應的速度。可根據引發輻射的能量不同而分為紫外線引發劑和可見光引發劑。由於紫外光引發劑具有存儲穩定的優點，現在3D 列印市場上所用的光引發劑都是紫外光引發劑。

金屬材料

3D列印金屬材料以金屬粉末、金屬箔以及金屬線材的形式存在。金屬材料現階段市場份額較小，但擴張速度最快。

金屬材料可以用於選擇性激光燒結（SLS）、直接金屬激光燒結（DMLS）、電子束熔煉（EMB）等工業級別的3D印表機。若把金屬材料加入到某些工程塑料材料（如丙烯腈-丁二烯）中去，則可製成適用於FDM 機型的具有一定金屬屬性的絲材。

在3D列印金屬材料的過程中，需要考慮金屬的固液相變、表面擴散和熱傳導等因素，而金屬粉末的形態直接影響3D列印產品的質量。如今常見的金屬材料包括鈦合金、不鏽鋼、鈷鉻合金和鋁合金等材料。金、銀等貴金屬粉末材料偶爾也會被用於列印首飾或藝術品等。

陶瓷材料

硅酸鋁陶瓷粉末可用於3D列印陶瓷產品，一般呈粉末狀，通常用於選擇性激光燒結（SLS）印表機。3D列印用的陶瓷粉末是陶瓷粉末和某一種粘結劑粉末所組成的混合物。

陶瓷粉末和粘結劑粉末的配比，會直接影響到陶瓷零部件的性能。粘結劑份量越多，燒結比較容易，但在後續工藝過程中部件收縮比較大，會影響部件的尺寸精度。粘結劑份量少，則不易燒結成形。

陶瓷材料具有高強度、耐高溫和耐腐蝕等優點，具有應用於航空航天和汽車等領域的潛能。同時，陶瓷材料可以選擇的顏色大量，可列印出形態逼真、色彩豐富的產品，是工藝品、建築和衛浴產品的理想選擇。

生物用高分子材料

生物3D列印材料主要包括支架材料與直接細胞列印材料。支架類3D列印材料需滿足：良好的生物相容性，對細胞及機體無毒害；良好的生物降解特性，可完全被機體降解吸收或排出體外；良好的機械特性，具備一定的力學強度及可塑性，結構可長時間保持穩定，具有較高的孔隙率；良好的表面相容性，利於細胞在材料表面黏附與生長。主要分為以下幾類：

PLA：3D列印起初使用得最好的原材料，具有多種半透明色和光澤質感。它源於可再生資源—玉米澱粉和甘蔗，無毒無味，是能夠降解的環保型塑料。

PETG：具有出眾的熱成型性、堅韌性與耐候性，熱成型週期短、溫度低、成品率高，兼具PLA和丙烯腈-丁二烯的優點。

PCL：是一種生物可降解聚酯，熔點較低，常常用作特殊用途如藥物傳輸設備、縫合劑等，同時還具有形狀記憶性。在醫學領域，可用來列印心臟支架等。

其他3D列印材料

碳纖維材料是一種新興的3D列印材料，強度是鋼的五倍而重量卻只有其1/3，且還具有耐高溫及耐腐蝕等優點。

導電列印材料是熱塑性材料的一種，可用於製造具有電子或是機械功能的3D列印產品，如電路板、手電筒以及可配戴的照明設備等

推薦閱讀：

相關文章