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选择3D打印材料需要考虑的几个因素

供稿:中国工控网 2018/10/8 14:37:27

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  • 关键词: 3D打印材料
  • 摘要:3D打印的材料在过去10多年时间发展很快,不仅可打印的材料性能大幅提升,可选择的材料日益增多,3D打印的材料已经不仅仅可以作为模型原型,而是越来越多的走向功能件,最终产品件;这些发展极大地影响了工程师、设计师和生产者如何使用3D打印,如何看待3D打印,如何整合3D打印到现有工艺。 怎么选择适合自己的3D打印材料,通常会有下面四大方面的考虑:

3D打印的材料在过去10多年时间发展很快,不仅可打印的材料性能大幅提升,可选择的材料日益增多,3D打印的材料已经不仅仅可以作为模型原型,而是越来越多的走向功能件,最终产品件;这些发展极大地影响了工程师、设计师和生产者如何使用3D打印,如何看待3D打印,如何整合3D打印到现有工艺。 怎么选择适合自己的3D打印材料,通常会有下面四大方面的考虑:

a 应用环境 

一些3D打印材料具有生物相容性、耐热性、介电性能、可消毒型、耐化学腐蚀性、食品安全性,皮肤接触安全性、阻燃性、烟雾毒性或者其他一些特殊性能,在一些应用场景,上述性能都是最为很关键的因素,甚至一票否决的因素,这时候我们就得审视具体的3D打印材料,是否具有相应性能,最好能有权威机构颁发的证书来证明相应的性能。 举例来讲ultem 1010具有很好的生物相容性、耐热性、阻燃等性能,这使得这种材料在一些航空及医疗上的应用,具有很好的先天优势。

b 功能要求 

3D打印材料需要做各种各样的测试,来响应不同功能下的使用要求,当然,一个功能是否能实现,除了3D打印材料本身的性能,设计也是很重要的一部分。如果目标成品主要是展示,那考量的因素可能主要就是表面性能而不是力学性能了。 

c 几何限制 

3D打印材料一般是和具体工艺相连的,选择不同的材料,也就决定了工艺,也就决定了工艺所带来的限制,比方说尺寸精度、最小细节,壁厚,反之,如果知道目标成品必须要达到的尺寸精度、最小细节和壁厚,也可以反过来决定可选的3D打印材料。

d.后处理 

3D打印材料也可以得到完美的成品,某些后处理工艺,可能更适合某些材料,不一而足,比方说对不锈钢打印产品进行热处理,或者对于光敏树脂的产品进行二次固化。

尽管有种种因素,不过基于产品的制作目的,大致可分为四类:外观验证模型、结构验证模型和终端产品制造和其他类型。


外观验证模型:由工程师设计制作用于验证产品外观的手板模型或直接使用且对外观要求高的模型。外观验证模型是可视的、可触摸的,它可以很直观的以实物的形式把设计师的创意反映出来,避免了“画出来好看而做出来不好看” 的弊端。外观验证模型制作在新品开发,产品外形推敲的过程中是必不可少的。


基于外观验证模型的需求,优先建议选用光敏树脂类3D打印(包括性价比高的SLA 光敏树脂和性能和功能多样的Polyjet 高性能复合光敏树脂);


结构验证模型:在产品设计过程中从设计方案到量产,一般需要制作模具。模具制造的费用很高,比较大的模具价值数十万乃至几百万,如果在开模的过程中发现结构不合理或其他问题,其损失可想而知。因此,制作结构验证模型能避免这种损失,降低开模风险。


基于结构验证模型的需求,如对精度要求不高的,建议选择机械性能较好、价格低廉的材料,比方说PLA。如果需要耐温,或者对强度,使用环境有特殊要求,或者就是要使用和最终产品原料一致的材料,我们有大量高性能的工程塑料可供选择,比如ABS, 尼龙,PC, Ultem,PSA等等,有时候这对产品来说很重要,特别是设计到一些功能方面的验证。

终端产品生产:在一些应用场景下需要制作小批量甚至一次性的产品来满足生产需求,比较常见的如在航空航天和医疗卫生领域,或者生产过程中的夹具及工装件。随着3D打印材料性能的提升,终端产品的生产也越来越多了。

常见的终端产品材料有尼龙,采用SLS技术,对于尼龙粉末(PA12)进行烧结,得到的产品是各方面性能比较全面的产品,非常适合作为小批量或者一次性的生产制品。尼龙还可以跟玻纤、铝粉都进行混合,得到不同性能的最终产品。此外,金属打印(SLM)也越来越作为最终产品加工手段,现在金属3D打印的性能可以接近或者达到锻件的水平,在一些需要减重或者对于形状性能要求高的应用领域开始逐渐普及。

其他类型

还有些特殊用途的打印材料,比方说如果要制作珠宝首饰,可以使用红蜡蓝蜡作为打印材料,打印完毕后再通过失蜡法铸造等传统工艺制作。再比陶瓷的3D打印或者食品3D打印,这些特殊类型的3D打印,也能满足一些特殊的需求。

审核编辑(王静)
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