1.7 FDM成形材料《增材制造技術(shù)》教學(xué)課件

3D打印認(rèn)知與實(shí)踐1.7FDM成形材料FDM成形常用材料FDM成形支撐材料12目錄CONTENTS01FDM成形常用材料FDM成形常用材料

3D打印（或增材制造）正在變得越來越普及和重要，不再限于小型普通材料的零件成形，而更多地改變原形制作和生產(chǎn)過程?，F(xiàn)在全球3D打印機(jī)每年銷售量超過300萬臺，其中多數(shù)是FDM3D打印機(jī)。用3D打印機(jī)我們可以快速得到我們想要的零件或產(chǎn)品。

FDM技術(shù)絲材材料非常豐富，目前塑料零件使用的所有熱塑性材料基本上都可以制成絲材供FDM技術(shù)使用，如PLA及ABS、蠟絲、聚烯烴樹脂、尼龍絲、聚酰胺絲。FDM技術(shù)使用絲狀材料，常用絲材直徑1.75mm，固定在供料輥上，每卷材料重量為1kg。（圖片來源于易生）FDM成形常用材料

FDM技術(shù)成為目前應(yīng)用最為廣泛的3D打印技術(shù)與其使用材料有很大關(guān)系。主要包括：

1）塑料原材料熔點(diǎn)低、工藝成熟，價(jià)格較低而且制成絲材的成本不高；

2）與其他使用粉末和液態(tài)材料的工藝相比，絲材更加清潔，易于更換、保存，不會在設(shè)備中或附近形成粉末或液態(tài)污染。

3）可選用多種材料、多種顏色，如可染色的ABS和醫(yī)用ABS、PC、PPSF等。

4）絲材便于更換，實(shí)際操作簡單。1.FDM使用材料的特點(diǎn)FDM成形常用材料（1）FDM技術(shù)成為目前應(yīng)用最為廣泛的3D打印技術(shù)與其使用材料有很大關(guān)系

除了常見的熱塑性材料以外，基本符合以下條件的材料都可以使用FDM方法成形。

1）便于制成絲材；

2）熔點(diǎn)較低且高溫情況下流動性較好；

3）高溫下具有一定的粘結(jié)性，便于分層制造；

4）材料收縮率對溫度不明感，成形后零件變形不嚴(yán)重。

根據(jù)打印要求不同，還可以在熱塑性材料材料中添加短纖維、木材、導(dǎo)電材料、生物材料、金屬材料等特殊材料FDM熱塑性塑料能夠滿足對于高度要求配合緊密性、韌度和環(huán)境耐受性或特殊性質(zhì)的應(yīng)用。（圖片來源于易生）1.FDM使用材料的特點(diǎn)FDM成形常用材料（2）符合以下條件的材料都可以使用FDM方法成形木質(zhì)材料

不同的材料有著不同的成型溫度、不同的收縮率以及不同的性能等。除了這些常用的材料外，F(xiàn)DM使用的材料還有俗稱聚纖維酯的PPSF/PPSU、PEI塑料ULTEM9085以及水溶性材料，PPSF/PPSU是所有熱塑性材料里面強(qiáng)度最高、耐熱性最好、抗腐蝕性最高的材料，呈琥珀色，熱變形溫度接近190℃；PEI塑料ULTEM9085強(qiáng)度高、耐高溫、抗腐蝕，熱變形溫度150℃左右，收縮率僅為0.1％～0.3％，穩(wěn)定性極好。2.FDM成形常用材料FDM成形常用材料（1）工業(yè)級原材料FDM成形常用材料

3DSystems發(fā)布了最新的注塑材料VisiJetM3Black,這種新材料主要提供給ProJet3500/3510professional工業(yè)級3D打印機(jī)使用。VisiJetM3Black是目前3DSystems推出的最結(jié)實(shí)和最耐用的材料，它有點(diǎn)類似注塑的材料，能夠經(jīng)受嚴(yán)格的測試與使用。VisiJetM3Black非常適用于各種卡扣結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度要求非常高的應(yīng)用場合。FDM成形常用材料（2）高強(qiáng)度超耐用的注塑材料2.FDM成形常用材料

Orbi-Tech是德國著名的3D打印絲材制造商，其發(fā)布了最新研發(fā)的打印絲材—BendLay。是由著名的德國設(shè)計(jì)師KaiParthy主持研發(fā)的。Bendlay是一種具有彈性的材料，該材料的特性就在于可彎曲并且有彈性。當(dāng)ABS太硬、PLA又不夠緊密的時(shí)候，Bendlay就有用武之地了。FDM成形常用材料（3）具有韌性可彎曲的新材料Bendlay材料特征：1）顏色清澈像聚碳酸酯。2）打印溫度介于215°C到240°C之間。3）最好的粘附性在溫度達(dá)到240°C的時(shí)候4）熱穩(wěn)定性與PLA材料接近5）Bendlay是由ABS改進(jìn)而來，打印的成品適用于食物包裝和醫(yī)療器械。6）吸水率僅為ABS材料的30%。7）應(yīng)力彎曲后不會出現(xiàn)白點(diǎn)。8）可溶于丙酮，可使用丙酮對Bendlay材料表面進(jìn)行拋光處理。2.FDM成形常用材料

意大利3NTR公司推出了一種專門為3D打印機(jī)配備的新型尼龍絲材。這種直徑為3mm的聚酰胺-6絲材由99.9％PA6聚合物、無玻璃纖維和0.1％的肥皂緩和處理而成，且不含塑化劑。這種材料在靈活性上比不上Taulman的尼龍材料，但是在打印支撐結(jié)構(gòu)時(shí)其抗腐蝕和動態(tài)負(fù)載的特性就是明顯的優(yōu)勢。

這種聚酰胺-6材料有點(diǎn)類似ABS，打印的溫度在240~280攝氏度之間，層厚設(shè)置小于0.25mm時(shí)其能發(fā)揮最佳的打印效果。支持的最高打印速度為70m/s，當(dāng)打印速度為40m/s時(shí)能獲得最大的粘附力。FDM成形常用材料（4）新型尼龍絲材2.FDM成形常用材料

知名3D打印服務(wù)商Shapeways近日發(fā)明一種名為ElastoPlastic的新型彈性3D打印材料。其最大的特點(diǎn)是即使成型之后，仍然具有一定的柔韌性，支持外界用力擠壓、扭曲甚至是拉扯等，并且彈性十足，回彈效果十分出色。有趣的是，它還能夠防水，可以作為容納液體的容器使用。據(jù)悉這里材料支持3D激光打印機(jī)層層燒結(jié)成型。

不過它并不耐火、高溫和不太適合制作細(xì)小的物件。目前它還處理測試階段。FDM成形常用材料（5）新型彈性材料2.FDM成形常用材料

目前，3D打印技術(shù)打印材料多是環(huán)氧乙稀塑料（環(huán)氧乙稀樹脂），這是一種耐久物質(zhì)，但是打印出的物體光滑度不行。幾家公司正在研究其他一些可兼容材料，這些材料也可以被熔融沉積型打印機(jī)兼容。

美國波特蘭市的“潮流設(shè)計(jì)”建筑設(shè)計(jì)工作室里，已研究出一些持久并可生物降解的打印材料，這些材料使打印物獨(dú)特紋理和光滑表面。鹽，水泥，尼龍或者木漿和紙漿都是可能的材料。物體表面被涂了一層清漆或是使用了加固配件以保持物體的耐久性。FDM成形常用材料（6）新型生物降解材料2.FDM成形常用材料

德國Laywood-D3絲材是非常常用的打印材料，主要是由PLA和木粉混合制成的。打印出來的物件材質(zhì)手感很不錯，還帶有特殊的木質(zhì)香氣。材料硬度不高，容易變形，不適合需要承載高強(qiáng)度應(yīng)力的應(yīng)用。FDM成形常用材料（7）材料：Laywood-D32.FDM成形常用材料

Taulman的“618”高強(qiáng)度尼龍聚合材料是專門為3D打印設(shè)計(jì)的材料。618材料雖然非常輕巧，但具有高的強(qiáng)度和耐久性。高強(qiáng)度的“618”尼龍材料另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它很容易通過使用標(biāo)準(zhǔn)的織物染料（紡織品和紙張類染料）易進(jìn)行染色。你可以非常簡單地把材料染成任何你喜歡的顏色。染色后的材料可以正常地進(jìn)行打印，唯一不同的是打印溫度上升至235℃。FDM成形常用材料（8）彩色618尼龍材料2.FDM成形常用材料

巴黎時(shí)裝周上模特在T臺展示3D打印時(shí)裝，是由Materialise公司發(fā)明的一種新材料：TPU92A-1構(gòu)成，這種材料超強(qiáng)的物理性能。這種材料擁有非常好的彈性和韌性，能夠在受到高強(qiáng)外力的情況下快速恢復(fù)原來形狀。FDM成形常用材料（9）超韌性材料2.FDM成形常用材料02FDM成形支撐材料

支撐材料顧名思義是在3D打印過程中對成型材料起到支撐作用的部分，在打印完成后，支撐材料需要進(jìn)行剝離，因此也要求其具有一定的性能，目前采用的支撐材料一般為水溶性材料，即在水中能夠溶解，方便剝離。具體特性要求如下表：FDM成形支撐材料1.FDM成形支撐材料FDM技術(shù)對支撐材料的要求性能具體要求原因耐溫性耐高溫由于支撐材料要與成型材料在支撐面上接觸，所以支撐材料必須能夠承受成型材料的高溫，在此溫度下不產(chǎn)生分解與融化。與成型材料的親和性與成型材料不浸潤支撐材料是加工中采取的輔助手段，在加工完畢后必須除掉，所以支撐材料與成型材料的親和性不應(yīng)太好。

溶解性具有水溶性或者酸溶性對于具有很復(fù)雜的內(nèi)腔、孔隙等原型，為了便于后處理，可通過支撐材料在某種液體里溶解而去支撐。由于現(xiàn)在FDM使用的成型材料一般是ABS工程塑料，該材料一般可以溶解在有機(jī)溶劑中，所以不能使用有機(jī)溶劑。目前，已開發(fā)出水溶性支撐材料。熔融溫度低具有較低的熔融溫度可以使材料在較低的溫度擠出，提高噴頭的使用壽命。流動性高由于支撐材料的成型精度要求不高，為了提高機(jī)器的掃描速度，要求支撐材料具有很好的流動性，相對而言，對于粘性可以差一些。

對于FDM打印機(jī)來說，打印復(fù)雜模型會采用支撐材料來協(xié)助打印，然而在這個(gè)過程中有的支撐材料去除難度大，耗時(shí)耗力；有的甚至?xí)谌コ瓿珊髮δＰ驮斐梢欢〒p壞。為了配合高質(zhì)量打印設(shè)計(jì)了一種水溶支撐材料——PVA水溶支撐材料。（圖片來源于易生）FDM成形支撐材料2.常見支撐材料

某些零件為了獲得較好的表面質(zhì)量平滑的表面紋理，減少刮擦和切割的痕跡。除此在打印球軸承，球窩接頭和籠式齒輪機(jī)構(gòu)時(shí)可一次成形。（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）FDM成形支撐材料3.支撐材料使用案例

Stratasys采用蓖麻油開發(fā)了一款100%生物基可持續(xù)材料HighYieldPA11，以實(shí)現(xiàn)環(huán)保生產(chǎn)制造。蓖麻油以蓖麻籽制成，這種植物廣泛生長在世界各地的熱帶區(qū)。根據(jù)巴斯夫(BASF)的數(shù)據(jù)，印度是目前最大的蓖麻籽生產(chǎn)國，供應(yīng)量占世界總量的80%，即120萬噸。在氣候適宜的地區(qū)，蓖麻籽很容易生長。蓖麻籽的含油量在40%到60%之間，剩余部分通常被用作肥料。事實(shí)上，在合成材料被開發(fā)出之前，這種植物多年來都被用作發(fā)動機(jī)潤滑油。此外，蓖麻油是一種不可食用的植物油，因此不會給食品行業(yè)帶來競爭。由于其在化學(xué)上的多功能性，企業(yè)可以從蓖麻油中合成多種聚合物，例如環(huán)氧樹脂、聚酰胺和聚酯，PA11便是其中之一。相比來源于石油的大多數(shù)FDM耗材，PA11的延展性、抗沖擊強(qiáng)度和抗疲勞性都更為出色。FDM成形支撐材料3.支撐材料使用案例拓展部分

目前，生物基可持續(xù)材料PA11已經(jīng)變成數(shù)以百萬計(jì)的消費(fèi)類電子產(chǎn)品、汽車、工業(yè)產(chǎn)品等領(lǐng)域高品質(zhì)耐用終端零件，也驗(yàn)證了材料行業(yè)的發(fā)展對環(huán)境保護(hù)、碳中和和碳達(dá)峰的貢獻(xiàn)。我們還可能需要什么樣的3D打印材料，這些材料如何加工？小測驗(yàn)一、單選題1.市場上常見的3D打印機(jī)所用的打印材料直徑為(A)A.1.75mmB.1.85mmC.2mmD.3mm2.市場上常見的3D打印機(jī)所用的噴嘴直徑為(B)A.0.2mm