基于PDM的3D打印材料的分析與研究

1、 基于pdm的3d打印材料的分析與研究 中圖分類號：tp391 文獻標識碼：a 文章編號：1672-3791（2016）03（b）-0001-02“中國制造2025”使3d打印技術成為產業(yè)發(fā)展的前沿，極受大眾歡迎和關注。3d打印技術最突出的優(yōu)點是無需傳統(tǒng)加工機床或加工模具，據(jù)cad圖形可直接制作形狀非常復雜的工件，通常只需切削法30%50%的工時和20%35%的成本，極大地縮短了產品的研制周期，提高了生產率，并降低了生產成本，被譽為制造業(yè)的一場革命并獲得了廣泛應用。但是，3d打印技術至今未實現(xiàn)產業(yè)化，也沒走進廣大老百姓的日常生活，原因很簡單，首先是3d打印機本身的機器價格很高，其次是3d打印機

2、打印所需的原材料的價格也很高，而且，精密度越高、速度越快對材料的要求就越高。因此，3d打印遲遲難以市場化。1 基于pdm的桌面級3d打印技術經(jīng)過近20年的努力，實現(xiàn)3d打印技術工藝的關鍵設備已有5種商品化的定型產品，分別是sla（光固化/立體光刻）、sls（選擇性激光燒結）、lom（分層實體制造）、3dp（三維印刷）和pdm（熔融沉積成形）。國內3d打印機在工藝上采用最多的是制造和材料成本最低的fdm熔融沉積成形技術，該技術以一種絲材作為成形材料的快速成形工藝，絲材通過送絲機構送至噴頭，在噴頭內受熱熔融并擠出，噴頭根據(jù)層片形狀進行掃描填充，擠出的材料固化在底板或者上一層層片上，如此反復直至所有

3、層片加工完畢。1991年，stratasys成功研發(fā)出基于fdm技術的3d打印設備，該打印機體積小巧，結構緊湊，安裝簡單，易于操作，便利可靠，可以放在辦公桌面上打印立體實物，所以又稱桌面打印機?；趂dm的桌面級打印機分為開放式和密閉式兩種。2 打印材料基于pdm的3d打印技術工藝無需激光器，維護方便，特有空隙結構，節(jié)約材料與成形時間，運行成本低，材料利用率高，無污染。目前基于fdm的桌面級3d打印機的耗材以塑料絲材為主，熔點較低，韌性較高，如蠟、abs、pc、尼龍、pc、pc/abs、ppsf等，在這些塑料絲材中，以abs絲材和pla絲材最為常見。abs是目前產量最大，應用最早的fdm桌面打

4、印機的塑料打印絲材。它是acrylonitrile butadine styrene（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）的縮寫，具有優(yōu)良的綜合性能，沖擊強度極好，有優(yōu)良的耐磨性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥品性、電氣性能和染色性，易于成型加工和機械加工，制品尺寸穩(wěn)定，可進行表面印刷、涂層和鍍層處理，廣泛應用于機械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領域。pla是一種新型的生物降解材料。它是poly lactic acid（生物降解塑料聚乳酸）的縮寫，以玉米為原料，通過生產最終轉化為聚乳酸，屬可再生資源。它具有最良好的抗拉強度及延展度，也擁有良好的光澤性和透明度，相容性和可降解性也很好，適用于

5、熔化擠出成型、射出成型、吹膜成型、發(fā)泡成型及真空成型等各種普通加工方式生產，打印出來的模型硬度好，色彩鮮艷，富有光澤。這兩種材料在打印時各有優(yōu)缺點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。（1）溫度。abs絲材在打印溫度、加熱板溫度、玻璃轉化溫度和耐熱溫度上都比pla絲材高，其具體數(shù)值見表1。（2）打印性能。雖然，abs絲材容易打印，但打印時必須要用加熱板，且不能在室溫太低、通風太大的房間以及室外打印，打印物體的高度也不能太高，因為abs材料冷卻速度快，容易收縮，會導致打印制品在加熱板上翹邊、局部脫落、懸空，甚至整層剝離，因此，為避免造成問題，最好使用密閉式桌面打印機。pla絲材與abs絲材幾乎完全相反，60

6、以下不使用加熱板，60及以上時才使用加熱板。它收縮率小，使用加熱板時，即使是在開放式打印機和公共場所打印，也不必擔心打印制品會從加熱板上懸空、歪斜或破損；不使用加熱板時，打印大型零件也不會翹邊。但是pla絲材熔化后容易附著和延展，經(jīng)常會堵塞送絲機構加熱部件的噴嘴，尤其是全金屬制的加熱部件噴嘴，不過這個問題，在安裝軸承時滴一滴油就能解決。（3）強度。abs材料的沖擊強度相當高，主要是因為fdm熔融沉積成形技術是一層一層打印的，只要以適當?shù)臏囟却蛴?，就能讓層層abs絲材牢牢黏住。但abs材料也具有柔軟性，即使承受壓力也只會彎曲，不會折斷，且abs材料彈性十足，要是掉落在地上，多半會彈起幾個來回。雖

7、然用pla材料打印時，每一層絲材也都會黏得相當牢固，但是它卻比abs稍遜一籌，要是掉落地上或撞到東西時，多半會產生缺口或破損，而不會彈回來，且薄的地方容易在彎曲前折斷。（4）氣味。abs材料最大的缺點是打印時會產生強烈刺鼻的氣味。但pla氣味香甜，打印時氣味就像棉花糖一樣，氣味微弱，但香氣宜人。（5）適用場景。abs材料適合做成穿戴用品，如手鐲、戒指等，也適合制作可能會掉落、使用于高溫環(huán)境下、或是以粗魯?shù)姆绞绞褂玫奈锲?，特別是薄壁物品，如刀柄、車用手機架、手機保護殼、玩具等。圖1所示為abs絲材打印的薄壁模型。pla材料可以廣泛地用來制造各種應用產品，如盒子、禮物、模型和原型的零件等，它既能回

8、收，也會腐朽消失，還具有耐水性。圖2所示為pla絲材打印的藝術花瓶。（6）不適用場景。abs材料不適合在通風不良的房間使用，因沒有加熱板就無法打印，所以也不適宜在在沒有擋風和抗溫裝備的狀態(tài)下打印大型物體。pla不適合放進60以上的東西里，因溫度太高會讓材料變形。此外，這種材料質地脆弱，不能用來制造工具的把手或會多次掉落的零件。再者，pla只要稍微彎曲就會折斷，不適合做成薄的東西?？梢?，abs和pla但是abs是非晶體，pla是晶體，對比觀察，加熱到195度，pla可以順暢擠出，abs不可以；加熱到220度，abs可以順暢擠出，pla會出現(xiàn)鼓起的氣泡，甚至被碳化，碳化會堵住噴嘴，非常危險。3 結語總之，abs絲材和pla雖然從表面上很難判斷，基本上沒有差別，但都可作為基于fdm的桌面級3d打印的主要材料，它們都具備熔融溫度低，材料粘度