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選擇3D打印材料需要考慮的幾個因素

供稿:中國工控網 2018/10/8 14:37:27

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  • 關鍵詞: 3D打印材料
  • 摘要:3D打印的材料在過去10多年時間發展很快,不僅可打印的材料性能大幅提升,可選擇的材料日益增多,3D打印的材料已經不僅僅可以作為模型原型,而是越來越多的走向功能件,最終產品件;這些發展極大地影響了工程師、設計師和生產者如何使用3D打印,如何看待3D打印,如何整合3D打印到現有工藝。 怎么選擇適合自己的3D打印材料,通常會有下面四大方面的考慮:

3D打印的材料在過去10多年時間發展很快,不僅可打印的材料性能大幅提升,可選擇的材料日益增多,3D打印的材料已經不僅僅可以作為模型原型,而是越來越多的走向功能件,最終產品件;這些發展極大地影響了工程師、設計師和生產者如何使用3D打印,如何看待3D打印,如何整合3D打印到現有工藝。 怎么選擇適合自己的3D打印材料,通常會有下面四大方面的考慮:

a 應用環境 

一些3D打印材料具有生物相容性、耐熱性、介電性能、可消毒型、耐化學腐蝕性、食品安全性,皮膚接觸安全性、阻燃性、煙霧毒性或者其他一些特殊性能,在一些應用場景,上述性能都是最為很關鍵的因素,甚至一票否決的因素,這時候我們就得審視具體的3D打印材料,是否具有相應性能,最好能有權威機構頒發的證書來證明相應的性能。 舉例來講ultem 1010具有很好的生物相容性、耐熱性、阻燃等性能,這使得這種材料在一些航空及醫療上的應用,具有很好的先天優勢。

b 功能要求 

3D打印材料需要做各種各樣的測試,來響應不同功能下的使用要求,當然,一個功能是否能實現,除了3D打印材料本身的性能,設計也是很重要的一部分。如果目標成品主要是展示,那考量的因素可能主要就是表面性能而不是力學性能了。 

c 幾何限制 

3D打印材料一般是和具體工藝相連的,選擇不同的材料,也就決定了工藝,也就決定了工藝所帶來的限制,比方說尺寸精度、最小細節,壁厚,反之,如果知道目標成品必須要達到的尺寸精度、最小細節和壁厚,也可以反過來決定可選的3D打印材料。

d.后處理 

3D打印材料也可以得到完美的成品,某些后處理工藝,可能更適合某些材料,不一而足,比方說對不銹鋼打印產品進行熱處理,或者對于光敏樹脂的產品進行二次固化。

盡管有種種因素,不過基于產品的制作目的,大致可分為四類:外觀驗證模型、結構驗證模型和終端產品制造和其他類型。


外觀驗證模型:由工程師設計制作用于驗證產品外觀的手板模型或直接使用且對外觀要求高的模型。外觀驗證模型是可視的、可觸摸的,它可以很直觀的以實物的形式把設計師的創意反映出來,避免了“畫出來好看而做出來不好看” 的弊端。外觀驗證模型制作在新品開發,產品外形推敲的過程中是必不可少的。


基于外觀驗證模型的需求,優先建議選用光敏樹脂類3D打印(包括性價比高的SLA 光敏樹脂和性能和功能多樣的Polyjet 高性能復合光敏樹脂);


結構驗證模型:在產品設計過程中從設計方案到量產,一般需要制作模具。模具制造的費用很高,比較大的模具價值數十萬乃至幾百萬,如果在開模的過程中發現結構不合理或其他問題,其損失可想而知。因此,制作結構驗證模型能避免這種損失,降低開模風險。


基于結構驗證模型的需求,如對精度要求不高的,建議選擇機械性能較好、價格低廉的材料,比方說PLA。如果需要耐溫,或者對強度,使用環境有特殊要求,或者就是要使用和最終產品原料一致的材料,我們有大量高性能的工程塑料可供選擇,比如ABS, 尼龍,PC, Ultem,PSA等等,有時候這對產品來說很重要,特別是設計到一些功能方面的驗證。

終端產品生產:在一些應用場景下需要制作小批量甚至一次性的產品來滿足生產需求,比較常見的如在航空航天和醫療衛生領域,或者生產過程中的夾具及工裝件。隨著3D打印材料性能的提升,終端產品的生產也越來越多了。

常見的終端產品材料有尼龍,采用SLS技術,對于尼龍粉末(PA12)進行燒結,得到的產品是各方面性能比較全面的產品,非常適合作為小批量或者一次性的生產制品。尼龍還可以跟玻纖、鋁粉都進行混合,得到不同性能的最終產品。此外,金屬打印(SLM)也越來越作為最終產品加工手段,現在金屬3D打印的性能可以接近或者達到鍛件的水平,在一些需要減重或者對于形狀性能要求高的應用領域開始逐漸普及。

其他類型

還有些特殊用途的打印材料,比方說如果要制作珠寶首飾,可以使用紅蠟藍蠟作為打印材料,打印完畢后再通過失蠟法鑄造等傳統工藝制作。再比陶瓷的3D打印或者食品3D打印,這些特殊類型的3D打印,也能滿足一些特殊的需求。

審核編輯(王靜)
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