3D打印領(lǐng)域，3D打印材料始終扮演著舉足輕重的角色，因此3D打印材料是3D打印技術(shù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在某種程度上，材料的發(fā)展決定著3D打印能否有更廣泛的應(yīng)用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹(shù)脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細(xì)胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

目前3D打印常見(jiàn)的材料有哪些呢？

①ABS塑料

ABS是目前產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的聚合物，它將PS，SAN，BS的各種性能有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)，兼有韌、硬、剛的特性。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。

ABS塑料一般是不透明的，外觀呈淺象牙色、無(wú)毒、無(wú)味，有極好的沖擊強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性好、電性能、耐磨性、抗化學(xué)藥品性、染色性，成型加工和機(jī)械加工都比較好。

②PLA塑料

PLA（聚乳酸）是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。聚乳酸的相容性、可降解性、機(jī)械性能和物理性能良好，適用于吹塑、熱塑等各種加工方法，加工方便，應(yīng)用十分廣泛。同時(shí)也擁有良好的光澤性和透明度及良好的抗拉強(qiáng)度及延展度。

③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(qiáng)度、耐沖擊性、抗老化、硬度等性能指標(biāo)兼顧的平衡優(yōu)點(diǎn)。因此它也是目前3D打印中應(yīng)用最為廣泛的材料。常見(jiàn)的工程塑料種類包括工業(yè)ABS材料、PC類材料、尼龍類材料等。

工業(yè)ABS材料

它是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(qiáng)度高、韌性好、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)，正常變形溫度超過(guò)90℃，可進(jìn)行機(jī)械加工(鉆孔、攻螺紋)、噴漆及電鍍。

PC材料

它是真正的熱塑性材料，具備工程塑料的所有特性：高強(qiáng)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(yīng)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(qiáng)度比ABS材料高出60%左右，具備超強(qiáng)的工程材料屬性，廣泛應(yīng)用于電子消費(fèi)品、家電、汽車(chē)制造、航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。

尼龍材料

它是一種白色的粉末，SLS尼龍粉末材料具有質(zhì)量輕，耐熱，磨擦系數(shù)低，耐磨損等特點(diǎn)。粉末粒徑小，制作模型精度高。燒結(jié)制件不需要特殊的后處理，即可以具有較高的抗拉伸強(qiáng)度。在顏色方面的選擇沒(méi)有像PLA和ABS這么廣，但可以通過(guò)噴漆、浸染等方式進(jìn)行色彩的選擇和上色。材料熱變形溫度為110℃，主要應(yīng)用于汽車(chē)、家電、電子消費(fèi)品、藝術(shù)設(shè)計(jì)及工業(yè)產(chǎn)品等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。

特點(diǎn)：燒結(jié)溫度—粉末熔融溫度180℃；燒結(jié)制件不需要特殊的后處理，即可以具有較高抗拉伸強(qiáng)度。并且尼龍粉末燒結(jié)快速成型過(guò)程中，需要較高的預(yù)熱溫度，需要保護(hù)氣氛，設(shè)備性能要求高。

PC-ABS材料

它是一種應(yīng)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(qiáng)度及耐熱性，大多應(yīng)用于汽車(chē)、家電及通信行業(yè)。 使用該材料配合FORTUS設(shè)備制作的樣件強(qiáng)度比傳統(tǒng)的FDM系統(tǒng)制作的部件強(qiáng)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。

PC-ISO材料

它是一種通過(guò)醫(yī)學(xué)衛(wèi)生認(rèn)證的白色熱塑性材料，具有很高的強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于藥品及醫(yī)療器械行業(yè)，用于手術(shù)模擬、顱骨修復(fù)、牙科等專業(yè)領(lǐng)域。同時(shí)，因?yàn)榫邆銹C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。

PSU類材料

它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(qiáng)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(lái)直接數(shù)字化制造體驗(yàn)，性能非常穩(wěn)定，通過(guò)與RORTUS設(shè)備的配合使用，可以達(dá)到令人驚嘆的效果。

熱固性塑料

熱固性樹(shù)脂如環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯、酚醛樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、芳雜環(huán)樹(shù)脂等具有強(qiáng)度高、耐火性特點(diǎn)，非常適合利用3D打印的粉末激光燒結(jié)成型工藝。哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)院的材料科學(xué)家與Wyss生物工程研究所聯(lián)手開(kāi)發(fā)出了一種可3D打印的環(huán)氧基熱固性樹(shù)脂材料，這種環(huán)氧樹(shù)脂可3D打印成建筑結(jié)構(gòu)件用在輕質(zhì)建筑中。

④光敏樹(shù)脂

光敏樹(shù)脂是由聚合物單體與預(yù)聚體組成，由于具有良好的液體流動(dòng)性和瞬間光固化特性，使得液態(tài)光敏樹(shù)脂成為3D打印耗材用于高精度制品打印的首選材料。光敏樹(shù)脂因具有較快的固化速度，表干性能優(yōu)異，成型后產(chǎn)品外觀平滑，可呈現(xiàn)透明至半透明磨砂狀。尤其是光敏樹(shù)脂具有低氣味、低刺激性成分，非常適合個(gè)人桌面3D打印系統(tǒng)。

常見(jiàn)的光敏樹(shù)脂有somos NEXT材料、樹(shù)脂somos11122材料、somos19120材料和環(huán)氧樹(shù)脂。

somos NEXT材料

白色材質(zhì)，類PC新材料，韌性非常好，基本可達(dá)到selective laser sintering(SLS，選擇性激光燒結(jié))制作的尼龍材料性能，而精度和表面質(zhì)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(shí)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(diǎn)，主要應(yīng)用于汽車(chē)、家電、電子消費(fèi)品等領(lǐng)域。

somos11122材料

看上去更像是真實(shí)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(chē)、醫(yī)療以及電子類產(chǎn)品領(lǐng)域。

somos19120材料

為粉紅色材質(zhì)，是一種鑄造專用材料。成型后可直接代替精密鑄造的蠟?zāi)ぴ?，避免開(kāi)發(fā)模具的風(fēng)險(xiǎn)，大大縮短周期，擁有低留灰燼和高精度等特點(diǎn)。

環(huán)氧樹(shù)脂

是一種便于鑄造的激光快速成型樹(shù)脂，它含灰量極低(800℃時(shí)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。

⑤橡膠類材料

橡膠類材料具備多種級(jí)別彈性材料的特征，這些材料所具備的硬度、斷裂伸長(zhǎng)率、抗撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，使其非常適合于要求防滑或柔軟表面的應(yīng)用領(lǐng)域。3D打印的橡膠類產(chǎn)品主要有消費(fèi)類電子產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備以及汽車(chē)內(nèi)飾、輪胎、墊片等。

⑥金屬材料

3D打印所使用的金屬粉末一般要求純凈度高、球形度好、粒徑分布窄、氧含量低。目前，應(yīng)用于3D打印的金屬粉末材料主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金材料等，此外還有用于打印首飾用的金、銀等貴金屬粉末材料

轉(zhuǎn)子和葉片組合的一次性制造，資料來(lái)源：RSC Engineering GmbH

金屬3D打印材料的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，例如，石化工程應(yīng)用、航空航天、汽車(chē)制造、注塑模具、輕金屬合金鑄造、食品加工、醫(yī)療、造紙、電力工業(yè)、珠寶、時(shí)裝等。

采用金屬粉末進(jìn)行快速成型是激光快速成型由原型制造到快速直接制造的趨勢(shì)，它可以大大加快新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度，具有廣闊的應(yīng)用前景。金屬粉末的選區(qū)燒結(jié)方法中，常用的金屬粉末有3種：

（1）金屬粉末和有機(jī)粘結(jié)劑的混合體，按一定比例將2種粉末混合均勻后進(jìn)行激光燒結(jié)。

（2）兩種金屬粉末的混合體，其中一種熔點(diǎn)較低，在激光燒結(jié)過(guò)程中起粘結(jié)劑的作用。

（3）單一的金屬粉末，對(duì)單元系燒結(jié)，特別是高熔點(diǎn)的金屬，在較短的時(shí)間內(nèi)需要達(dá)到熔融溫度，需要很大功率的激光器，直接金屬燒結(jié)成形存在的最大問(wèn)題是因組織結(jié)構(gòu)多孔導(dǎo)致制件密度低、力學(xué)性能差。

工具鋼金屬材料

工具鋼的適用性來(lái)源于其優(yōu)異的硬度、耐磨性和抗形變能力，以及在高溫下保持切削刃的能力。模具H13熱作工具鋼就是其中一種，能夠承受不確定時(shí)間的工藝條件。

不銹鋼金屬材料

不銹鋼與碳鋼不同，目前的鉻含量不同，10.5%鉻含量最低的鋼合金，不銹鋼不容易生銹腐蝕。

奧氏體不銹鋼316L，具有高強(qiáng)度和耐腐蝕性，可在很寬的溫度范圍下降到低溫，可應(yīng)用于航空航天、石化等多種工程應(yīng)用，也可以用于食品加工和醫(yī)療等領(lǐng)域。

馬氏體不銹鋼15-5PH，又稱馬氏體時(shí)效（沉淀硬化）不銹鋼，具有很高的強(qiáng)度、良好的韌性、耐腐蝕性，而且可以進(jìn)一步的硬化，是無(wú)鐵素體。目前，廣泛應(yīng)用于航空航天、石化、化工、食品加工、造紙和金屬加工業(yè)。

馬氏體不銹鋼17-4PH，在高達(dá)315℃下仍具有高強(qiáng)度高韌性，而且耐腐蝕性超強(qiáng)，隨著激光加工狀態(tài)可以帶倆極佳的延展性。

合金金屬材料

金屬3D打印材料應(yīng)用最為廣泛的金屬粉末合金主要有純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、鈷鉻合金、銅基合金等。

鈦合金

目前應(yīng)用于市場(chǎng)的純鈦，又稱商業(yè)純鈦，分為1級(jí)和2級(jí)粉體，2級(jí)強(qiáng)于1級(jí)，對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用同樣具有耐腐蝕性。因?yàn)榧冣?級(jí)具有良好的生物相容性，因此在醫(yī)療行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。

鈦是鈦合金產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。目前，應(yīng)用于金屬3D打印的鈦合金主要是鈦合金5級(jí)和鈦合金23級(jí)，因?yàn)槠鋬?yōu)異的強(qiáng)度和韌性，結(jié)合耐腐蝕、低比重和生物相容性，所以在航空航天和汽車(chē)制造中具有非常理想的應(yīng)用，而且，因?yàn)閺?qiáng)度高、模量低、耐疲勞性強(qiáng)，應(yīng)用于生產(chǎn)生物醫(yī)學(xué)植入物。鈦合金23級(jí)，純度更高，是神級(jí)一樣的牙科和醫(yī)療鈦品級(jí)。

鋁合金

目前，應(yīng)用于金屬3D打印的鋁合金主要有鋁硅AlSi12和AlSi10Mg兩種。鋁硅12，是具有良好的熱性能的輕質(zhì)增材制造金屬粉末，可應(yīng)用于薄壁零件如換熱器或其他汽車(chē)零部件，還可應(yīng)用于航空航天及航空工業(yè)級(jí)的原型及生產(chǎn)零部件；硅/鎂組合使鋁合金更具強(qiáng)度和硬度，使其適用于薄壁以及復(fù)雜的幾何形狀的零件，尤其是在具有良好的熱性能和低重量場(chǎng)合中。

銅基合金-青銅粉

應(yīng)用于市場(chǎng)的銅基合金，俗稱青銅，具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，可以結(jié)合設(shè)計(jì)自由度，產(chǎn)生復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和冷卻通道，適合冷卻更有效的工具插入模具，如半導(dǎo)體器件，也可用于微型換熱器，具有壁薄、形狀復(fù)雜的特征。

貴金屬材料

3D打印的產(chǎn)品在時(shí)尚界的影響力越來(lái)越大。世界各地的珠寶設(shè)計(jì)師受益最大的似乎就是將3D打印快速原型技術(shù)作為一種強(qiáng)大，且可方便替代其他制造方式的創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)。在飾品3D打印材料領(lǐng)域，常用的有金、純銀、黃銅等。

⑦陶瓷材料

陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、低密度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)異特性，在航空航天、汽車(chē)、生物等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。3D打印的陶瓷制品不透水、耐熱(可達(dá)600°C)、可回收、無(wú)毒，但其強(qiáng)度不高，可作為理想的炊具、餐具(杯、碗、盤(pán)子、蛋杯和杯墊)和燭臺(tái)、瓷磚、花瓶、藝術(shù)品等家居裝飾材料。

但由于陶瓷材料硬而脆的特點(diǎn)使其加工成形尤其困難，特別是復(fù)雜陶瓷件需通過(guò)模具來(lái)成形。模具加工成本高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，難以滿足產(chǎn)品不斷更新的需求。

選擇性激光燒結(jié)陶瓷粉末是在陶瓷粉末中加入粘結(jié)劑，其覆膜粉末制備工藝與覆膜金屬粉末類似，被包覆的陶瓷可以是Al2O3，ZrO2和SiC等，粘結(jié)劑的種類很多，有金屬粘結(jié)劑和塑料粘結(jié)劑(包括樹(shù)脂、聚乙烯蠟、有機(jī)玻璃等)，也可以使用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑。

用途：

（1）將陶瓷粉末及粘合劑按一定的比例混合均勻燒結(jié)，經(jīng)二次燒結(jié)處理工藝后獲得鑄造用陶瓷型殼，用該陶瓷型殼進(jìn)行澆注即獲得制作的金屬零件。

（2）也可以直接制造工程陶瓷制件，燒結(jié)后再經(jīng)熱等靜壓處理，零件最后相對(duì)密度高達(dá)99.9%，在工業(yè)方面可用于含油軸承等耐磨、耐熱陶瓷零件。

⑧復(fù)合型石膏粉末（全彩砂巖）

3D打印領(lǐng)域里使用較為廣泛的材料之一。由全彩砂巖制作的對(duì)象色彩感較強(qiáng)，3D打印出來(lái)的產(chǎn)品表面具有顆粒感，打印的紋路比較明顯使物品具有特殊的視覺(jué)效果。它的質(zhì)地較脆容易損壞，并且不適用于打印一些經(jīng)常置于室外或極度潮濕環(huán)境中的對(duì)象。

但當(dāng)一個(gè)設(shè)計(jì)師希望使用多種顏色打印他們的設(shè)計(jì)時(shí)，他們往往選擇的是彩色砂巖。因?yàn)樗梢源蛴《喾N顏色，顏色層次和分辨率都很好。砂巖打印出的的模型較為完美并且栩栩如生。因此全彩砂巖被普遍應(yīng)用于制作模型、人像、建筑模型等室內(nèi)展示物。

⑨藍(lán)蠟和紅蠟

采用多噴嘴立體打印(MJM)技術(shù)，表面光滑；蠟?zāi)?，用于精密鑄造，超越以前純模型制作與展示功能 。 可用于標(biāo)準(zhǔn)熔模材料和鑄造工藝的熔模鑄造應(yīng)用，是制作珠寶、服飾、醫(yī)療器械、機(jī)械部件、雕塑、復(fù)制品、收藏品進(jìn)行石蠟?zāi)Ｐ褪炶T造工藝。