列印材料的特性和應用
3D列印材料介紹
3D列印材料介紹
在現代製造業和設計領域，3D列印技術已從一項創新性的新興技術，發展成為許多行業的核心工具。無論是快速原型設計、製造精密組件，還是應用於醫療、航空等專業領域，3D列印技術都為創新提供了全新的可能。隨著技術的進步，許多新型3D列印材料被開發出來，這些材料不僅在性能上達到了更高的要求，還能夠滿足特定應用領域的需求。
本文將全面介紹當前市場上常見的各類3D塑料列印材料，從其特性、應用領域到具體材料的選擇及優勢，幫助讀者深入了解3D列印材料的多樣性與未來發展趨勢。我們的3D列印材料模擬了各種工程塑料、彈性體和複合材料，在靈活性、耐用性、剛性、韌性、穩定性、清晰度、外觀和體驗、生物相容性、溫度或耐水性等方面，能滿足不同應用的特定需求
一、3D列印材料的特性和應用
1.堅固類 ABS 材料 -
- 特點：具有中等的抗衝擊強度、抗張強度和伸長率，通常用於需要一定強度和韌性的部件。
- 應用：機械外殼、工具手柄、消費品部件。適用於需要平衡強度和成本的工業應用，尤其是中等強度的外殼和手柄。
- 代表材料：
- Figure 4® Tough 60C White：是一種生產級品質的白色多功能材料，不僅符合生物相容性要求，還具備出色的抗衝擊強度、伸長率和抗張強度。此材料擁有類似注塑成型的表面質量，並可提供長期的環境穩定性和顏色持久度。建議將該材料應用於批量生產的高機械承重部件，這些部件在多年後依然可以保持其功能及穩定性。此樹脂具有 65℃ 的熱變形溫度和 23% 的斷裂伸長率，屈服伸長率為1%，非常適合用於製造支架、卡扣和夾片。高效的列印速度和簡化的後處理速度有助於實現出色的輸送量。根據 ASTM D4329 和 ASTM G194 方法進行的測試顯示，Figure 4 Tough 60C White 的室內和室外機械性能分別能達到 8 年和 1.5 年，能確保列印部件在真實世界中長期保持功能和穩定。
- VisiJet® M2R-GRY：具有剛性功能和灰色底漆表面。VisiJet M2R-GRY 的高視覺對比度能使其成為在需要精確細節時展現它的功能並成為應用時的選擇。目前此材料已通過美國藥典 (USP) 第六類認證，可用在手術導向器等醫療應用方面。
2.剛性類聚碳酸酯/聚氨酯材料 -
- 特點：高抗張強度、良好的耐熱性，適用於高負載應用。
- 應用：工業外殼、支架、承重部件、精密原型。
- 代表材料：
- Figure 4® Tough 65C Black：專為長期環境的穩定性設計，適用於需要在惡劣條件下時保持應用的穩定性，如戶外設備、機械部件和耐用消費品。它適合高負載應用，具有良好的熱穩定性和機械特性，確保長期功能穩定，它和Figure 4® Tough 60C White 一樣，在室內和室外的機械性能分別可維持8年和5年。
- Figure 4® Rigid Gray：屬於高對比度的塑膠，兼具均衡的熱特性和機械性能，適用於外觀件、裝配夾具及高精度原型。
- Accura AMX Rigid Black：是一款具有顛覆性技術的樹脂，結合了環境長期的穩定性與機械高性能的特性，並利用立體光固化成型技術優勢，提供卓越的表面光潔度、準確度和可重複性。這款生產級樹脂專為熱變形溫度、彎曲模量與斷裂伸長率之間實現良好平衡塑膠部件的設計，並具有類似熱塑塑膠的應變韌性，非常適用於需要長期在室內外保持長久性和強度的部件。
列印出的部件表面質量與注塑成型的塑膠部件相互媲美，且擁有卓越的各向同性機械的性能，能確保部件在不同的方向上在性能可以一致性。Accura AMX Rigid Black 是製造結構性，承重定制最終用途部件、大型製造輔助工具、夾具以及固定裝置的理想選擇，也非常適用於替代注塑成型或軟模具工藝，可直接生產。憑藉其卓越的表面質量和機械性能，該材料包括汽車、賽車以及消費品等多個行業的製造和工程中，皆具有廣泛的應用潛力。
此材料的應用包括直接生產塑膠部件，如外殼、支架、卡扣連接、汽車內飾及周邊部件，製造輔助工具、夾具和固定裝置，結構性承重桿、連接件、曲柄，以及用於生產線檢查、分類和固定裝置的功能性導向器和轉向器等。Accura AMX Rigid Black 不僅提供堅固耐用的部件，更具有優於傳統樹脂的高機械穩定性，特別適合需要長期使用的部件。通過立體光固化成型技術，能夠獲得出色的表面質量、準確度和可重複性，且具備類似標準熱塑塑膠的應力或應變韌性性能。
該材料具有優異的長期室內外環境穩定性，經過 ASTM 方法測試，其室內和室外機械特性分別能保持 8 年和 1.5 年的高穩定性。它的熱變形溫度為 64°C，具有 24% 的斷裂伸長率，並符合 UL94 HB 可燃性標準。此材料還具備良好的電氣絕緣和介電性能，並符合 ISO 10993-5 標準的生物相容性要求。列印後，部件會呈現高光澤的黑色或加工成啞光黑色，Accura AMX Rigid Black 是一款多功能、長期穩定且具有高性能的材料，適用於各種生產需求和行業應用。
3.耐用類聚丙烯材料 -
- 特點：高抗衝擊強度、高伸長率，適用於柔性和耐用部件。
- 應用：柔性鉸鏈、容器、汽車內飾、耐衝擊消費品部件。
- 代表材料：
- Figure 4 Tough FR V0 Black：是一種堅韌的生產級阻燃增材製造材料，已通過 UL94 V0 測試標準。在許多關鍵性能的領域中表現優異，包括耐火性、流體相容性、紫外線穩定性、油漆粘合性及機械性能。它與其他阻燃材料不同，具備卓越的韌性和耐用性，並且在斷裂伸長率可以高達 44%。Figure 4 Tough FR V0 Black 無需熱固化處理即可輕鬆製作細節豐富、準確度高的部件，根據 ASTM D4329 和 ASTM G194 方法進行的測試顯示，Figure 4 Tough FR V0 Black 的室內和室外機械性能分別可達 8 年和 1 年，能確保列印部件在真實世界中長期保持功能和穩定性。
- DuraForm PA CF (SLS)：是一種33%碳纖維填充的尼龍12材料，具有出色的剛性和輕量化特性。該材料在提高部件的剛性、耐熱性和強度的同時，能夠有效減輕重量。它的熱變形溫度較高，具有良好的抗翹曲性，特別適合高性能和高溫應用。DuraForm PA CF 作為一種生產級品質材料，能夠直接生產高剛度的部件，避免了傳統製造中漫長的多階段生產過程，提供更高的性價比並減少部件更換的需求。
- DuraForm PA CF：在保持長期穩定性的同時，適用於風洞模型測試、高性能賽車零部件、小幅面和短期模具、夾具以及高抗衝擊的體育器材等高溫和/或高衝擊的工業應用。它的優點包括高剛性、輕量化、高耐熱性，以及能夠在高溫環境下保持良好的抗翹曲性，使其成為功能原型或最終用途部件的理想選擇。
4.Nylon – PA 11 / PA 12 -
- 特點：耐熱性高、抗衝擊性強。
- 應用：通用原型設計、矯形器、適用於惡劣環境的模具把手和手柄、活動鉸鏈、符合數據表規格的儲液器、汽車儀表板和護欄、汽車保險杠、卡扣連接、接頭類部件、複雜幾何形狀例如定制管道、3D 列印排氣和管道系統、風扇葉輪。
- 代表材料：
- DuraForm® ProX® EX BLK （NYLON 11）：是一種基於尼龍11的堅固、耐油和耐疲勞的塑膠，專為增材製造設計，能夠在惡劣的環境中頻繁反覆使用。這款材料專為 SLS 3D 列印而設計，具有優異的抗衝擊性和疲勞性，成為追求耐用性和長期使用壽命的功能應用理想選擇。DuraForm ProX EX BLK 擁有極好的耐燃油和油質性能，非常適合汽車應用，包括碰撞測試和應力模擬。這款耐用的黑色尼龍能夠提供堅固耐用的複雜部件，並與注塑成型的 ABS 和聚丙烯相互媲美，減少傳統工具加工所需的延遲和高昂成本。
- DuraForm PAx Black（NYLON 12）：DuraForm PAx Black 的材料特性與注塑成型不相上下，具有與注塑塑膠相似的高抗衝擊性和斷裂伸長率。其設計能與市面上任何 SLS 列印機配合使用，並輕鬆集成到現有生產工作流程中。DuraForm PAx Black 特點包括低溫列印（120°C），有利於提高列印效率；出色的長期穩定性，確保室內使用超過5年；蒸汽磨光後的部件表面光滑，類似注塑成型部件；高再利用率（建議換新率為30%），有效降低生產成本並減少浪費。
5. 彈性體/類橡膠材料 -
- 特點：耐熱性能卓越。
- 應用：引擎部件、電子設備外殼、耐熱模具。
- 代表材料：
- Figure 4® High Temp 150°C FR Black：是一種黑色的剛性阻燃材料，需要符合 UL94 V0 等級要求及 FAR 25.853 和853 標準的高性能，專為生產部件而設計。該材料在列印的部件中提供類似注塑成型的表面質量，並具備長期的環境穩定性，非常適合用於高溫與嚴苛的應用領域，例如消費品、運輸和航太行業。在測試的過程中，該材料在高溫環境下依然能夠保持優秀的機械性能，而室內和室外的機械性能則分別能夠維持 8 年和 1.5 年，確保部件在現實應用中長期穩定運行。
- 此材料適用於列印電路板擋板、電子器件外殼、發動機罩內外殼、剛性擋板、支架及小型艙內部件等應用，在要求高溫性能和阻燃的應用場景中更能表現出其特性。它的自熄阻燃特性、無需二次熱固化的設計、以及出色的表面質量和精度，使其成為航太、運輸和其他高標準行業的理想選擇。Figure 4 High Temp 150°C FR Black 還能夠進行電鍍或噴漆，增強表面處理的靈活性。
- 該材料的熱變形溫度超過 150℃，具有 2900 MPa 的彎曲模量，並在455 MPa 時表現出優異的機械性能。若通過 ASTM D4329 和 ASTM G194 測試的結果，便能確保其長期在室內外的環境穩定性，並在實際生產過程中具有更高的可靠性與性價比。
- Figure 4® HI TEMP 300-AMB：是一款業界領先的耐超高溫剛性塑膠，專為最惡劣的高溫環境設計，具有優異的耐熱性能，在熱變形溫度（HDT）可以超過 300°C（在455 和 1.82 MPa 下測得），並使它成為需要高耐熱性應用的理想材料，適用於暖通空調、家用電器、電機外殼、定子以及模具等高溫元件的測試。其材料不需要二次熱固化後處理，這一特性能夠簡化製造流程並節省時間。此外，這款材料的半透明琥珀色設計，使其具備卓越的可視化效果，能夠清晰顯示內部結構和流體的流動性能，特別適合用在需要進行流體動力學分析的部件。Figure 4® HI TEMP 300-AMB 的高拉伸模量（達到 4000 MPa）則在模具加工上表現出色，特別適合用於低壓成型和模具加工，例如發泡材料和橡膠等的成型。這款材料提供了各向同性機械性能，意味著使用 Figure 4 技術列印的部件，無論是沿 X、Y 還是 Z 軸列印，都能達到相似的機械性能，無需調整列印方向便能獲得最佳的機械特性，從而提升了部件設計方向的自由度。此外，該材料符合 ASTM 和 ISO 標準，並提供完整的物理、機械、熱、UL可燃性和電氣性能等數據，確保其在多種應用中的穩定性和可靠性。
6. 耐高溫材料 -
- 特點：耐熱性能卓越。
- 應用：引擎部件、電子設備外殼、耐熱模具。
- 代表材料：
- Figure 4® High Temp 150°C FR Black：是一種黑色的剛性阻燃材料，需要符合 UL94 V0 等級要求及 FAR 25.853 和853 標準的高性能，專為生產部件而設計。該材料在列印的部件中提供類似注塑成型的表面質量，並具備長期的環境穩定性，非常適合用於高溫與嚴苛的應用領域，例如消費品、運輸和航太行業。在測試的過程中，該材料在高溫環境下依然能夠保持優秀的機械性能，而室內和室外的機械性能則分別能夠維持 8 年和 1.5 年，確保部件在現實應用中長期穩定運行。
- 此材料適用於列印電路板擋板、電子器件外殼、發動機罩內外殼、剛性擋板、支架及小型艙內部件等應用，在要求高溫性能和阻燃的應用場景中更能表現出其特性。它的自熄阻燃特性、無需二次熱固化的設計、以及出色的表面質量和精度，使其成為航太、運輸和其他高標準行業的理想選擇。Figure 4 High Temp 150°C FR Black 還能夠進行電鍍或噴漆，增強表面處理的靈活性。
- 該材料的熱變形溫度超過 150℃，具有 2900 MPa 的彎曲模量，並在455 MPa 時表現出優異的機械性能。若通過 ASTM D4329 和 ASTM G194 測試的結果，便能確保其長期在室內外的環境穩定性，並在實際生產過程中具有更高的可靠性與性價比。
- Figure 4® HI TEMP 300-AMB：是一款業界領先的耐超高溫剛性塑膠，專為最惡劣的高溫環境設計，具有優異的耐熱性能，在熱變形溫度（HDT）可以超過 300°C（在455 和 1.82 MPa 下測得），並使它成為需要高耐熱性應用的理想材料，適用於暖通空調、家用電器、電機外殼、定子以及模具等高溫元件的測試。其材料不需要二次熱固化後處理，這一特性能夠簡化製造流程並節省時間。此外，這款材料的半透明琥珀色設計，使其具備卓越的可視化效果，能夠清晰顯示內部結構和流體的流動性能，特別適合用在需要進行流體動力學分析的部件。Figure 4® HI TEMP 300-AMB 的高拉伸模量（達到 4000 MPa）則在模具加工上表現出色，特別適合用於低壓成型和模具加工，例如發泡材料和橡膠等的成型。這款材料提供了各向同性機械性能，意味著使用 Figure 4 技術列印的部件，無論是沿 X、Y 還是 Z 軸列印，都能達到相似的機械性能，無需調整列印方向便能獲得最佳的機械特性，從而提升了部件設計方向的自由度。此外，該材料符合 ASTM 和 ISO 標準，並提供完整的物理、機械、熱、UL可燃性和電氣性能等數據，確保其在多種應用中的穩定性和可靠性。
7. 符合生物相容性材料 -
- 特點：符合ISO 10993和USP Class VI等生物相容性標準。
- 應用：醫療設備和植入物。
- 代表材料：
- Figure 4® MED-WHT 10 是一種適用於多種醫療和工業應用的白色剛性材料，包括要求生物相容性、滅菌性和耐熱性的應用。此材料符合 ISO 10993-5 和 ISO 10993-10 標準對生物相容性（細胞毒性、致敏性和刺激性）的要求，也可通過高壓滅菌器進行滅菌。它可以製造出具有卓越特徵解析度和高清晰度的高準確度部件。Figure 4® High Temp 150°C FR Black 測試表明，該材料在高溫環境下依然能夠保持優秀的機械性能，室內和室外機械性能分別能夠維持 8 年和5 年，確保部件在現實應用中長期穩定運行。
8. 複合材料 -
- 特點：增強強度、剛度、耐用性。
- 應用：航空航太、汽車、建築、高負荷應用。
- 代表材料：
- Accura Composite PIV：用於PIV風洞風洞測試，特別適合航空航天和汽車領域的空氣動力學研究。具備高對比度和減輕反射的顏色特性。抗張強度72 MPa，撓曲模量10200 MPa，拉伸模量9500 MPa，熱變形溫度100℃，適用於要求高精度和高穩定性的工業應用。
- DuraForm® ProX® AF+ 是一種高剛度的鋁填充尼龍材料，能夠用於剛性功能組件的部件。使用該材料 列印的部件擁有超高的表面光潔度，可以直接通過列印獲得成品，獨具金屬美感。這種金屬復合尼龍材料非常適合用於功能強度和經濟實惠成本的複雜部件。DuraForm ProX AF+易於加工和拋光，方便增加壓合、攻絲或其他列印後期調整。
9.透明/半透明材料 -
- 特點：光學透明性優異、耐久性好。
- 應用：醫療設備、消費電子、照明裝置、視覺原型設計。
- 代表材料：
- VisiJet M2S-HT90：是一款耐高溫、透明且具有生物相容性的材料，專為需要在溫暖環境條件下進行快速製模、功能性原型製造、精細內部結構以及醫療器械應用而設計。其熱變形溫度高達 90°C，能夠在高溫環境下保持穩定的性能，非常適用於模具與沖壓模具的生產，尤其適用於引擎蓋下部件、外殼、耐用品以及汽車行業的熱流體和氣體流量分析。此外，該材料在透明性方面表現卓越，能夠清晰展示複雜的內部結構和細節，使其成為驗證內部特徵、流體流動通道設計和其他高精度部件的理想選擇。
- VisiJet M2S-HT90除了上述的特性外，還能同時滿足美國藥典 (USP) 第六類認證標準，且具備生物相容性，適用於醫療器械應用，尤其是對生物相容性有嚴格要求的部件。其優異的防潮性能和堅固耐用的特性，能夠應對各種複雜環境下的需求。無論是用於評估流體流動性能的水密性測試，還是作為功能性測試的關鍵部件，VisiJet M2S-HT90 都能夠確保長期的穩定性和可靠性。而它也與 ProJet® MJP 2500 Plus 相容，讓該材料的高精度和穩定性提供給工業和醫療理想的解決方案。
10.牙科材料 -
- 特點：符合生物相容性、高強度、耐磨損。
- 應用：牙齒修復、牙齒種植、矯正器、牙科模型。
- 代表材料：
- VisiJet® M2R-TN： 材料具有出色的邊緣保真度和低摩擦磨砂表面，非常適用於生產棕褐色高精度修復和熱成型模型，便於細節顯示。
二、3D列印材料的選擇指南
在選擇適合的3D列印材料時，應該根據具體的應用需求來進行選擇。以下是一些常見的選擇指標：
- 機械性能：不同材料具有不同的抗衝擊性、抗張強度和耐磨性，選擇時應該根據部件的負載要求來選擇適合的材料。
- 熱性能：如果部件需要在高溫環境中使用，則應選擇具有較高熱變形溫度和耐熱性能的材料。
- 表面質量：對於需要高光澤表面的應用，選擇具有高光潔度的材料才是最佳選擇。
- 環境穩定性：選擇材料時，應考慮其在室外或極端環境中的長期穩定性，避免材料老化或變形。
- 生物相容性：在醫療、醫療器械領域，選擇符合生物相容性的材料尤為重要，有助於確保材料在人體內外使用的安全性。
三、未來展望
隨著3D列印技術的持續進步，未來將會有更多種類及特性的塑膠材料被開發出來，這些材料不僅將具備更高的性能、更強的環境適應性和更低的生產成本，還將擁有更強的可持續性和生物降解性。隨著材料科學的不斷突破，將會出現具有更高強度、彈性、耐高溫性、抗腐蝕性和抗紫外線能力的專用材料，從而拓展3D列印技術的應用範圍，並推動更精密且複雜的結構。
進一步的材料創新將促使3D列印技術在更多領域中得到應用，特別是在航空航太、醫療器械、汽車工業、高端製造等高需求領域。例如航空航太領域將利用更輕、強度更高的材料來減少重量並提高飛行效率；醫療領域則可能借助於新型生物相容材料進行個性化植入物的製作，往實現器官列印的方向發展。隨著材料技術的提升，3D列印在產品設計、製造過程優化及供應鏈管理等方面的潛力也將更進一步釋放。
結語
3D列印材料作為現代製造業的重要組成，未來將不斷發展與革新。隨著更多創新材料的出現，3D列印技術的應用場景將變得更加廣泛，從簡單的原型製作到最終產品的量產，材料的選擇將成為提高產品性能、降低生產成本及實現生產優化的關鍵因素。瞭解每種材料的特性與應用場景，有助於做出最佳選擇，推動3D列印技術的廣泛應用和持續進步。隨著材料科學的發展，我們相信3D列印技術將會在未來迎來更多突破，成為改變全球製造格局的重要力量。
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