3D打印材料和工艺指南

本3D打印材料指南旨在为您提供最常用的3D打印材料和工艺的高级信息。在这个资源中，我们涵盖了增材制造材料的材料和当前趋势。我们还提供常见的3D打印工艺，如材料挤压，喷射，粉末床融合和增值光聚合的指导。

3D打印材料

从人体组织到巧克力再到月球尘埃，你一定想知道，“有什么3D打印材料我们可以不用?”

答案是:可能没有。

随着3D打印的普及和应用的持续增长，用于满足不同产品和行业的不同需求的材料范围也在不断扩大。开云体育手机app下载安装苹果以下是增材制造中最常见和实用的一些材料:

塑料/聚合物

塑料和聚合物是目前使用最多的材料，这并不奇怪，因为它们是第一批被采用的材料之一，而且相对便宜，通常很轻。尽管制造商希望扩大对其他材料的使用，但塑料和聚合物可以利用的应用种类越来越多，确保它们不会从增材制造领域消失。

一些最流行的热塑性塑料包括:

• 丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS):ABS是3D打印生产应用中最受欢迎的材料，坚固，耐用，价格便宜。是制造外壳、夹具、夹具和其他终端部件的理想材料。
• 聚酰胺(PA):PA也被称为尼龙，它比ABS更坚固，尽管更贵。它具有强大的物理性能组合，包括显著的延展性，使其成为功能原型的流行选择。
• 聚碳酸酯(PC):除了具有优异的抗拉强度，轻质致密外，PC还具有高度抗冲击性能。当用纤维加强时，它可以用于打印具有特殊刚度和强度的部件。

金属

根据贾比尔2021年的报告3D打印技术趋势据调查，金属是制造商最愿意使用的第二种3D打印材料，如果认证版本可以以合理的成本提供。十分之七的受访者表示，他们愿意使用金属。下载完整的捷普调查报告。

在许多方面，金属3D打印使制造商的工作更容易。虽然一些材料，如聚合物，本质上需要为3D打印发展新的材料产业，但添加剂制造商可以使用先前存在的电线、金属粉末或原料。虽然金属在传统的制造方法中很难使用，但有了3D打印，制造商可以更容易地用他们通常会加工的相同材料制造零件。

作为一般规则，任何焊接或铸造良好的金属都适用于增材制造。3D打印中常用的金属包括:

• 钢:众所周知，钢是一种坚固、耐疲劳的材料，与大多数金属相比，它是一种价格低廉的选择，工程师和科学家们在高压、高温环境中使用钢，在这种环境中，重量不太重要。
• 钛:钛质轻、结实、生物相容性好，尤其受欢迎3D打印在航空航天中的应用还有医疗应用，比如植入物。
• 铝:虽然强度不如钢或钛，但铝更耐腐蚀，重量轻，用途广，是汽车赛车部件的理想材料。它还提供了创造具有精细细节的薄部件的机会。

陶瓷

与金属和塑料相比，陶瓷在压缩和高温下具有优越的机械性能，并且它们具有可用于广泛应用的电导和导热性。它们在航空航天和汽车行业尤其受欢迎。开云体育手机app下载安装苹果由于其重量轻和耐热能力，陶瓷可以承受高水平的热量而不破裂或翘曲。这些特性使其成为高温应用的理想材料。

复合材料

复合材料——两种材料被融合成一种材料，其协同作用是原材料本身所不具备的——提供了物理性能和可加工性的绝佳组合。它们是模具和功能部件的推荐材料。由于其重量优化以及显著的强度和耐用性，复合材料在为轻型飞机和汽车加工非常大或几何复杂的部件时是一个有利的选择。

一些目前流行的热塑性塑料复合材料填料包括碳而且玻璃纤维但复合材料的种类正在不断扩大，变得越来越复杂。根据热塑性复合材料中使用的填料的不同，复合材料可以是导热的或绝缘的，导电的或绝缘的，轻的或重的，硬的或软的。复合材料可以解决许多工程难题。

定制工程材料

现在，产品的范围还是3D打印应用公司可以开发的材料受到认证材料选择的限制。在捷普，我们注意到越来越多的公司要求定制和先进的材料，具有特定的强度、耐化学性或机器集成性能。他们越来越多地选择定制工程材料专门为优化其产品的效率和耐用性而创建的，是否意味着制定特定的性能，如增强，阻燃，导电，润滑，静电消散(ESD)等。

这意味着他们需要能够快速创建和认证的材料。捷普采取了积极的措施，以满足日益增长的需求Jabil材料创新中心明尼苏达州查斯卡。在那里，Jabil工程材料团队创建和生产端到端3D打印解决方案，包括聚合物配方，化合物开发和ISO 9001质量管理体系(QMS)认证。这些材料常用于建造工装、夹具和夹具原型和生产部件。

3D打印材料市场趋势

在短短两年时间里，3D打印技术取得了巨大的进步增材制造应用都在飞涨。尽管原型是前几年最常见的用例，但现在研究和开发是用例的首要任务。其他行业，如生产零件、桥梁生产、夹具、固定装置、工装和维修，在过去两年中增长迅速。

下载完整的捷普调查报告．

尽管3D打印的普及和使用一直在迅速增长，但仍有几个挑战必须解决。在2017年我们进行的第一次增材制造调查中，规模最大3D打印的挑战是前期和后期处理的成本，系统设备的成本，缺乏内部专业知识和3D打印材料的成本。

两年后，重点从3D打印技术转向了材料。今年，受访者将材料成本、零件质量、系统设备成本和材料选择有限列为最大挑战。此外，94%的受访者表示，由于缺乏增材制造材料，设计师经常选择传统的制造方法。但很多事情会随着光明而展开3D打印的未来．

多年来，随着技术和能力的发展，一些挑战也发生了变化。如今，最大的挑战是前期和后期处理的成本，有限的材料选择和技术的限制。

鉴于制造商在材料方面面临的挑战，因此99%的参与者表示，获得更多种具有成本效益的认证增材制造将导致更多地使用3D打印。因此，十分之六的参与者认为他们将增加3D打印应用的类型，并应用该技术打印更多的生产部件。

虽然塑料和聚合物仍然是最受欢迎和最常用的材料，但当被问及当可以以合理的成本获得认证版本时，参与者希望使用哪种材料时，最常见的回答是金属和复合材料。

加法制造目前正在经历许多行业所经历的相同进程。开云体育手机app下载安装苹果通常情况下，工业已经从开云体育手机app下载安装苹果使用重金属转向更多的聚合物材料，然后转换为轻金属，最后使用复合材料。这是材料有用性的自然发展，我相信增材制造将遵循同样的发展。

该行业目前正处于转向较轻金属的过渡阶段。目前还缺乏经济有效地提供解决方案的工具，可以满足部件设计师的要求，但一旦行业找到了平衡，我们将开始看到更多的转换到适合每个公司应用的任何合适的材料。

在这个行业有一件事是肯定的:总有一天，增材制造工艺将成为每个工程师工具箱中的宝贵工具。总会有注塑、复合材料铺层和铸件的位置;然而，我确实期待着有一天，每一个零件都应该被添加制造。

不同工艺兼容的3D打印材料

3D打印工艺

当3D打印在20世纪80年代首次引入时，它引发了一场革命。从那时起，3D打印机已经进入了各个行业的工厂——从消费品到医疗保健再到航空航天——并提供了一整套全新的功能，缩短了生产周期，加开云体育手机app下载安装苹果快了原型制作的速度，并改变了工程师和设计师处理工作的方式增材制造设计(DfAM)。

为了适应和扩展这一广泛的应用，并利用不同的材料选择，在过去的30-40年里，已经采用和完善了几种增材制造工艺。我们研究了五种3D打印技术和打印机类型:

增值税Photopolymerisation

1981年，Hideo Kodama博士成为第一个在日本名古屋市工业研究所开发快速原型技术的人，描述了一种制造方法，需要一层一层地构建物体。这一想法为第一个立体光刻工艺奠定了基础，1984年由查尔斯·赫尔获得专利。Hull的立体光刻专利公开了一种逐步光聚合过程，其中光聚合物根据图形模式通过定向能量束选择性固化。

这一创新引发了增材制造革命在将近40年后的今天，这个概念仍然被广泛使用。增值光聚合工艺在快速成型、铸造和空气动力学测试中很受欢迎。一般来说，光聚合物的湿/热机械性能较低，抗紫外线能力有限。

增值光聚合的子类型有有限元(SLA)，数字光处理(DLP)而且连续数字光处理(CDLP)．这些工艺之间有许多不同之处，但从SLA到DLP的主要变化是使用投影来一次选择性地固化整个零件层，而不是基于点的激光，而CDLP采用了DLP的Z高度和光投影的逐步方法，并将其替换为连续工艺。

材料挤压

在材料挤压工艺，热塑性或复合材料的连续灯丝被加热并通过喷嘴，该灯丝继续在构建平台上水平和垂直移动，添加到每一层。许多廉价的，家用和业余3D打印机的常见工艺，就一般消费者需求和质量的可用性而言，它是一种非常受欢迎的增材制造工艺。它是一种相对低温的工艺，可以在没有监督的情况下运行，利用各种各样的材料，初始和运行成本低。

它被用于从汽车到消费品的各种行业，并在过程的许多阶段发开云体育手机app下载安装苹果挥作用，包括开发、原型设计和生产。它可用于打印详细的最终用途部件，是夹具、夹具和模具最常见的工艺。材料挤压是指熔融沉积建模(FDM™)或熔丝制造(FFF)．

材料喷射

与VAT光聚合不同，材料喷射(MJ)不需要一桶树脂。相反，一个类似于标准喷墨打印中使用的打印头将光聚合物液滴以线性方式分布在构建平台的所需区域上。当液滴沉积时，附着在Y形桥上的紫外线会将它们固化。这些系统可以控制他们的材料沉积在一个非常小的体积像素，有时称为体素。这种控制非常精细的沉积细节的能力导致产品具有精细的特征细节和光滑的表面光洁度。

多个喷墨打印头可以同时分配不同的材料，实现多材料和全彩打印。支撑结构是必需的，但可溶解的支撑结构是一个直接和常见的解决方案。mj制造的3D打印部件最适合用于打印非功能原型，它们非常适合制造具有表面光滑到足以类似注塑部件的现实视觉和触觉原型。

在所有增材制造工艺中，MJ提供了最高的分辨率和密度，具有更大的尺寸能力，并提供了使用多种材料和支撑材料的机会。然而，这项技术的价格很高，目前可用的材料也很少。这两个子类型是即时需求(DOD)而且纳米粒子喷射(NPJ)．国防部使用热塑性蜡，几乎专门用于制造熔模铸造图案。NPJ打印机是典型的MJ打印的组合，嵌入陶瓷或金属材料，生产类似粘结剂喷射过程的部件，但具有更精细的特征细节。

粘结剂喷射

的粘结剂喷射(BJ)过程开始于一个重涂机，在构建平台上涂上一层薄薄的粉末。然后，喷墨喷嘴应用一种液体粘合剂，有效地将建筑材料的颗粒粘合在一起，将不同的层结合在一起，形成一个凝固的部分。

粘结剂喷射可用于几乎任何粉状材料。此外，由于粘结是在室温下发生的，BJ避免了由热变化引起的扭曲(如FDM、SLS或DMSL/SLM中的翘曲或SLA中的卷曲)。然而，成品往往处于“绿色”状态，这意味着它的机械质量很差，除非通过进一步加工加强，否则它可能非常脆弱。

这种制造方法通常用于创建原型，可以打印全彩，铸造图案和模具。

粉末床熔合

所有粉末床熔合3D打印的方法首先是在构建平台上铺上一层粉末。使用激光或电子束将粉末熔化并融合在正确的区域，然后降低构建平台，重新涂布机将新层粉末铺开，以创建下一层部件。当打印完成后，剩余的散粉被去除，露出最终的对象。

大多数PBF方法不需要支撑结构，这使得制造商可以形成更复杂的几何形状。它相对便宜，可以与各种各样的材料一起使用。然而，该过程受到粉末材料重新涂覆到构建平台上的速度的阻碍。它还需要大量的动力，而且表面处理的质量取决于颗粒的大小。

PBF打印技术包括多射流聚变(MJF)，选择性激光烧结(SLS)，直接金属激光烧结/选择性激光熔化(DMLS/SLM)而且电子束熔化(EBM)．PBF经常用于打印系列零件、形状/配合和功能测试的原型以及夹具、夹具和工装。

3D打印中的封闭与开放平台

封闭的平台打印机运行由3D打印机OEM指定的参数和材料。这些打印机通常提供一致的结果，具有良好的美学、物理性能和尺寸稳定性。这些通常是伟大的全能打印机，但不太灵活的高级用户谁希望微调他们的3D打印过程，为他们的应用程序创建最好的部分性能。材料和打印机的单一来源采购也可能会产生采用问题，因为一些供应链专业人士不允许在其产品供应中出现单一来源的情况。

开放式平台打印机允许用户使用自己选择的任何材料或参数进行实验和建造。开放平台3D打印机通常需要对技术有更好的理解，并且需要高级用户才能成功地实现这些解决方案。开放式平台解决方案可以消除供应链冲突，并提供对零件进行微调的能力，以提高零件的美观性、物理性能或尺寸精度。开放平台允许用户决定这三者中的哪一种组合是最适合他们的应用程序的解决方案。