3D打印，又稱作增材制造，是快速成型技術的一種，被譽為“第三次工業革命”的核心技術。材料是3D打印的物質基礎，也是當前制約3D打印發展的瓶頸。那么對這一技術的核心：材料，大家又有多少了解呢？

　　3D打印，是根據所設計的3D模型，通過3D打印設備逐層增加材料來制造三維產品的技術。這種逐層堆積成形技術又被稱作增材制造。3D打印綜合了數字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多領域的前沿技術，是快速成型技術的一種，被譽為“第三次工業革命”的核心技術。

3D打印材料

　　3D打印材料是3D打印技術發展的重要物質基礎，在某種程度上，材料的發展決定著3D打印能否有更廣泛的應用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印領域得到了應用。3D打印所用的這些原材料都是專門針對3D打印設備和工藝而研發的，與普通的塑料、石膏、樹脂等有所區別，其形態一般有粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀等。通常，根據打印設備的類型及操作條件的不同，所使用的粉末狀3D打印材料的粒徑為1～100μｍ不等，而為了使粉末保持良好的流動性，一般要求粉末要具有高球形度。

1.工程塑料

　　工程塑料指被用做工業零件或外殼材料的工業用塑料，是強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑料。工程塑料是當前應用最廣泛的一類3D打印材料，常見的有acrylonitrile butadiene styrene（ABS）類材料、polycarbonate（PC）類材料、尼龍類材料等。ABS材料是fused deposition modeling（FDM，熔融沉積造型）快速成型工藝常用的熱塑性工程塑料，具有強度高、韌性好、耐沖擊等優點，正常變形溫度超過90℃，可進行機械加工（鉆孔、攻螺紋）、噴漆及電鍍。

　　ABS材料的顏色種類很多，如象牙白、白色、黑色、深灰、紅色、藍色、玫瑰紅色等，在汽車、家電、電子消費品領域有廣泛的應用。

　　PC材料是真正的熱塑性材料，具備工程塑料的所有特性：高強度、耐高溫、抗沖擊、抗彎曲，可以作為最終零部件使用。使用PC材料制作的樣件，可以直接裝配使用，應用于交通工具及家電行業。PC材料的顏色比較單一，只有白色，但其強度比ABS材料高出60%左右，具備超強的工程材料屬性，廣泛應用于電子消費品、家電、汽車制造、航空航天、醫療器械等領域。

　　尼龍玻纖是一種白色的粉末，與普通塑料相比，其拉伸強度、彎曲強度有所增強，熱變形溫度以及材料的模量有所提高，材料的收縮率減小，但表面變粗糙，沖擊強度降低。材料熱變形溫度為110℃，主要應用于汽車、家電、電子消費品領域。

　　PC-ABS材料是一種應用最廣泛的熱塑性工程塑料。PC-ABS具備了ABS的韌性和PC材料的高強度及耐熱性，大多應用于汽車、家電及通信行業。使用該材料配合FORTUS設備制作的樣件強度比傳統的FDM 系統制作的部件強度高出60%左右，所以使用PC-ABS能打印出包括概念模型、功能原型、制造工具及最終零部件等熱塑性部件。

　　polycarbonate-iso（PC－ISO）材料是一種通過醫學衛生認證的白色熱塑性材料，具有很高的強度，廣泛應用于藥品及醫療器械行業，用于手術模擬、顱骨修復、牙科等專業領域。同時，因為具備PC的所有性能，也可以用于食品及藥品包裝行業，做出的樣件可以作為概念模型、功能原型、制造工具及最終零部件使用。

　　POLYSULFONE（PSU）類材料是一種琥珀色的材料，熱變形溫度為189℃，是所有熱塑性材料里面強度最高，耐熱性最好，抗腐蝕性最優的材料，通常作為最終零部件使用，廣泛用于航空航天、交通工具及醫療行業。PSU類材料能帶來直接數字化制造體驗，性能非常穩定，通過與RORTUS設備的配合使用，可以達到令人驚嘆的效果。

2.光敏樹脂

　　光敏樹脂即ultraviolet rays（UV）樹脂，由聚合物單體與預聚體組成，其中加有光（紫外光）引發劑（或稱為光敏劑）。在一定波長的紫外光（250０～300ｎｍ）照射下能立刻引起聚合反應完成固化。光敏樹脂一般為液態，可用于制作高強度、耐高溫、防水材料。目前，研究光敏材料3D打印技術的主要有美國3Dsystem公司和以色列object公司。常見的光敏樹脂有somos NEXT材料、樹脂somos11122材料、somos19120材料和環氧樹脂。

　　somos NEXT材料為白色材質，類PC新材料，韌性非常好，基本可達到selective laser sintering（SLS，選擇性激光燒結）制作的尼龍材料性能，而精度和表面質量更佳。somos NEXT材料制作的部件擁有迄今最優的剛性和韌性，同時保持了光固化立體造型材料做工精致、尺寸精確和外觀漂亮的優點，主要應用于汽車、家電、電子消費品等領域。

　　somos11122材料看上去更像是真實透明的塑料，具有優秀的防水和尺寸穩定性，能提供包括ABS和PBT在內的多種類似工程塑料的特性，這些特性使它很適合用在汽車、醫療以及電子類產品領域。

　　somos19120材料為粉紅色材質，是一種鑄造專用材料。成型后可直接代替精密鑄造的蠟膜原型，避免開發模具的風險，大大縮短周期，擁有低留灰燼和高精度等特點。

　　環氧樹脂是一種便于鑄造的激光快速成型樹脂，它含灰量極低（800℃時的殘留含灰量＜0.01%），可用于熔融石英和氧化鋁高溫型殼體系，而且不含重金屬銻，可用于制造極其精密的快速鑄造型模。

3.橡膠類材料

　　橡膠類材料具備多種級別彈性材料的特征，這些材料所具備的硬度、斷裂伸長率、抗撕裂強度和拉伸強度，使其非常適合于要求防滑或柔軟表面的應用領域。3D打印的橡膠類產品主要有消費類電子產品、醫療設備以及汽車內飾、輪胎、墊片等。

4.金屬材料

　　近年來，3D打印技術逐漸應用于實際產品的制造，其中，金屬材料的3D打印技術發展尤其迅速。在國防領域，歐美發達國家非常重視3D打印技術的發展，不惜投入巨資加以研究，而3D打印金屬零部件一直是研究和應用的重點。3D打印所使用的金屬粉末一般要求純凈度高、球形度好、粒徑分布窄、氧含量低。目前，應用于3D打印的金屬粉末材料主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金材料等，此外還有用于打印首飾用的金、銀等貴金屬粉末材料。

　　鈦是一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于制作飛機發動機壓氣機部件，以及火箭、導彈和飛機的各種結構件。鈷鉻合金是一種以鈷和鉻為主要成分的高溫合金，它的抗腐蝕性能和機械性能都非常優異，用其制作的零部件強度高、耐高溫。采用3D打印技術制造的鈦合金和鈷鉻合金零部件，強度非常高，尺寸精確，能制作的最小尺寸可達1mm，而且其零部件機械性能優于鍛造工藝。

　　不銹鋼以其耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質和酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質腐蝕而得到廣泛應用。不銹鋼粉末是金屬3D打印經常使用的一類性價比較高的金屬粉末材料。3D打印的不銹鋼模型具有較高的強度，而且適合打印尺寸較大的物品。

5.陶瓷材料

　　陶瓷材料具有高強度、高硬度、耐高溫、低密度、化學穩定性好、耐腐蝕等優異特性，在航空航天、汽車、生物等行業有著廣泛的應用。但由于陶瓷材料硬而脆的特點使其加工成形尤其困難，特別是復雜陶瓷件需通過模具來成形。模具加工成本高、開發周期長，難以滿足產品不斷更新的需求。

6.其他3D打印材料

　　除了上面介紹的3D打印材料外，目前用到的還有彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等材料。

　　彩色石膏材料是一種全彩色的3D打印材料，是基于石膏的、易碎、堅固且色彩清晰的材料。基于在粉末介質上逐層打印的成型原理，3D打印成品在處理完畢后，表面可能出現細微的顆粒效果，外觀很像巖石，在曲面表面可能出現細微的年輪狀紋理，因此，多應用于動漫玩偶等領域。

　　3D打印技術與醫學、組織工程相結合，可制造出藥物、人工器官等用于治療疾病。加拿大目前正在研發“骨骼打印機”，利用類似噴墨打印機的技術，將人造骨粉轉變成精密的骨骼組織。打印機會在骨粉制作的薄膜上噴灑一種酸性藥劑，使薄膜變得更堅硬。

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