《3D列印養成術三》5大列印材料大比併、應用知識最終補帖!
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尼龍最初是用來作為絲綢的替代品,具很高的抗拉強度,其承重力極高且不會斷裂,無毒,熔點在攝氏250度左右。
雖然尼龍在最近才被應用在3D列印的材料中,但 ...
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2021/10/21
《3D列印養成術三》5大列印材料大比併、應用知識最終補帖!
《3D列印養成術》系列來到最終回了!3D列印要用什麼材料來印?可以用在什麼項目上?這集給你詳述3D列印常見的五大材料、應用項目,深入了解3D列印的最後一課,開始上課吧!
回顧《3D列印養成術一》什麼是3D列印?必修基礎大補帖!、《3D列印養成術二》3D列印的七大技術原理與優缺點
詳述3D列印材料尼龍PA12
3D列印材料概述
近年,隨著3D列印市場對材料和機械性能有著不同的特定需求,無形中推動了材料科學的進步,3D列印的材料數量亦因此日益增長,要把所有材料都了解清楚的話,絕非三言兩語可解決的,但我們還是可以就某些材料只針對某種3D列印技術的特點,來進行簡單的概述。
迄今為止,熱塑性和熱固性聚合物是最常見的3D列印材料,但金屬、複合材料和陶瓷也可以進行3D列印。
我們也可以根據材料的特性來進行分類,例如︰價位、耐化學性、溶解性、柔韌性、耐用性、耐熱性、剛性、防水性、抗紫外線等。
很多工業都需要應用到耐用的塑料,而尼龍12就是最常見的塑料選擇,另外,大多數的3D列印玩家會使用FDM最常用的PLA或ABS。
以下為你介紹3D列印最常見的5大材料︰
1.ABS
ABS就是樂高積木所使用的塑料,它堅韌、無毒且不易褪色,但ABS會被紫外線輻射分解,會因此褪色並脆化,所以不適合在戶外長期使用。
ABS的熔點大約在攝氏220度,它在加熱時會變得柔軟,並會迅速凝固,所以需要一台擁有加熱平台的列印機,以防止列印品黏在列印機上。
ABS具防水和耐化學性,加熱時難免產生難聞的氣味,因此需要良好的通風系統。
它適合製作概念和功能模型、以及用在製造業的齒輪、零件生產上。
2.PLA
PLA是一種生物聚合物塑料,由玉米澱粉或甘蔗製成,是可生物降解的材料。
PLA的熔點在攝氏180-200度之間。
PLA堅韌且富彈性,但不如ABS耐熱,它會在高於攝氏60度時開始變形;它也不防水或耐化學性,在加熱時會有輕微的氣味,但無毒。
雖然PLA不是食品安全的材料,而且還有點脆,但有些製造商會添加化學品來製造所謂的「堅韌PLA」,從而創造出不易脆化且更耐高溫的PLA。
跟ABS相比,PLA更容易列印,因此成為低成本3D列印機的首選,並適用於一般製造業的3D列印和彩繪微縮模型。
3.PVA
PVA是一種水溶性聚合物,用來製作固定3D列印品的支撐。
它的熔點大約是攝氏200度,在加熱時會釋放出一些化學物質,因此也要注意通風系統。
作為支撐用途的材料,PVA會搭配別的材料一起列印,當列印完成後,把零件浸泡水中,就可溶解PVA的支撐,只留下其餘不溶解的零件,這種方法可以讓需要支撐的複雜模型、或帶有活動零件的模型,變得更容易列印。
4.尼龍
尼龍最初是用來作為絲綢的替代品,具很高的抗拉強度,其承重力極高且不會斷裂,無毒,熔點在攝氏250度左右。
雖然尼龍在最近才被應用在3D列印的材料中,但因為它生產的列印品堅韌又耐損壞,價格低廉,加上不會被大多數常見的化學品損壞,所以它在各個行業中愈來愈被普及應用。
尼龍需要更高的溫度來列印,而攝氏250度的溫度比許多擠出機都要來得高。
與ABS或PLA相比,要讓尼龍黏在列印平台上也比較困難,所以它通常需要加熱平台和白膠才能黏住底座。
尼龍適合用來列印食物器具和花盆。
5.TPU
TPU是一種柔韌、耐磨、耐油、耐化學性的熱塑性塑料,非常適合應用於消費性和工業用途的製造(例如汽車行業)。
它的熔點大概是攝氏220-250度,因具有良好的層間附著力,在3D列印過程中不易捲曲,所以TPU不需要加熱平台。
TPU耐低溫,可在低溫下保持其彈性,因此不具脆化及難以使用的隱憂;TPU也耐高溫,可承受高達攝氏80度的環境,因此以TPU列印的零件非常耐用。
5大3D列印材料的比較表
材料
特點
適用的製造
列印溫度
加熱平台溫度
列印平台
強度
1-5
耐受性
1-5
伸縮性
1-5
列印難易度
1-5
ABS
堅固耐用
零件和外殼
230-250°C
90-95°C
膠水、藍色膠布
3
3
1
3
PLA
可生物降解的全天然材料
模型和產品
180-210°C
20-45°C
膠水、藍色膠布
3
2
1
5
PVA
可在水中輕鬆溶解
水溶性支撐
190-210°C
20-45°C
膠水
2
2
1
2
尼龍
極其耐用、耐磨性
高衝擊或高壓力零件
255-275°C
100-110°C
膠水、PEI
4
5
3
3
TPU
柔性聚合物
靈活、耐用的零件
210-240°C
20-70°C
膠水、藍色膠布
2.5
5
5
3
有關更多3D列印的材料概述,可參閱以下文章︰
3D列印最常用到的PETG和ABS,材質差異一次說清楚!
掌握更好的金屬粉末,給你更優質的金屬3D列印!
「竹」夠潮?環保線材拼出新強度!
塑膠再見!金屬線材上場了,直接把金屬列印出來吧!
3D列印的應用
速度就是模型設計的一切,因此3D列印非常適合應用於模型製作上。
對於生產零件來說,速度和價格都很重要,而3D列印既可滿足速度的要求之外,對於單件、小批量生產也非常經濟實惠,但其實3D列印最常被利用的特點,是模型的設計自由和定製的難易度。
醫療3D列印
3D列印在醫療行業上有相當傑出的應用,每年都有不少醫生和科學家利用這個快速成長的科技,研究出各種創新的醫療技術。
而3D列印的速度和多功能性,有助於完美開發義肢、植入物,以及病人專用的骨骼、器官和血管複製品等,它還能應用在手術工具、解剖學模型、客製醫療設備等一系列的醫學工具上。
(圖片來源)
汽車3D列印
不少汽車製造商使用3D列印技術來測試零件的形狀、契合度,以及美學處理,它可製造波紋管、工程複雜的管道,並快速製造複雜且輕便的安裝支架,確保所有的零件都能按預期操作。
(圖片來源)
3D列印珠寶
許多珠寶設計師都會使用3D列印技術來製作珠寶,因為這個技術能生產非常複雜的設計,完全解決了傳統珠寶製作上的一些技術限制,例如CNC加工、手工製作和脫蠟鑄造。
來到數位製造愈來愈發達的今天,貴金屬已可迅速、更實惠地被3D列印成各種圖案和設計。
(圖片來源)
3D列印有何優缺點?
3D列印對於零件定製和模型製作而言,是一個非常理想的工具,它有一系列的獨特優勢,但在某些方面仍然落後於傳統製造,其主要優點和缺點如下︰
優點︰
啟動製作的成本極低
製作速度極快
可用材料的種類繁多
設計自由,無需額外成本
每個零件都能輕鬆定製
缺點︰
大批量生產的話,成本競爭力較低
精度和公差有限
通常需要後處理和移除支撐結構
3D列印的未來趨勢
這兩年因為新型冠狀病毒(COVID-19,武漢肺炎)的影響,3D列印業成為數位製造業中跑得最快的一匹黑馬,這項技術的走向愈來愈成熟,也開發了不少嶄新的技術應用,有關它突破性的成長,可詳閱以下文章︰
3D列印市場情緒指數——大環境挑戰愈大,人們創意力愈強
走過挑戰重重的2020年,誰來主宰2021年的3D列印業?〈上〉
走過挑戰重重的2020年,誰來主宰2021年的3D列印業?〈下〉
(圖片來源)
從《3D列印養成術一》什麼是3D列印?必修基礎大補帖!、《3D列印養成術二》3D列印的七大技術原理與優缺點,到本篇的3D列印材料及應用的補帖最終回,你對3D列印有更深入的了解了嗎?歡迎來到DiMan的FB、IG討論你的想法。
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