能3D打印的工程塑料

寂静回声

进入2018年，工程塑料的3D打印正在处于蓄势向上的阶段。而介于目前金属的3D打印多局限在航空航天及医疗这些高附加值产品的应用领域，当前的发展趋势是塑料的3D打印将比金属的3D打印与应用端的结合面具有更加广泛的潜力。 工程塑料在机械性能、耐久性、耐腐蚀性、耐热性等方面能达到更高的要求，而且加工更方便并可替代金属材料。工程塑料被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、办公设备、机械、航空航天等行业，以塑代钢、以塑代木已成为国际流行趋势。

Stratasys

打印工艺方面，Stratasys的全资子公司Evolve Additive Solutions推出了高速塑料3D打印工艺。该公司自2009年以来一直在开发快速增材制造技术（EPSD）。

材料方面，Stratasys拥有一系列工程级塑料以满足性能要求苛刻的工业应用场景需求。

-- FDM 热塑性塑料 – 使用生产级别材料打印耐用零件

ULTEM 9085：高性能部件

具有完善良好的的耐热性（达153°C）、机械强度以及化学抗性性质。应用包括功能性原型、制造工具以及小批量高价值生产部件。

FDM 尼龙 6：坚韧部件

综合了各种 FDM 材料的强度和韧度，更出色的抗疲劳性断裂延伸率，适合用于打印耐用原型、可经受严苛生产环境的制造工具以及可满足高功能要求的小批量部件。

ASA：高机械强度

ASA 是一种生产级热塑性塑料，具有 10 种耐褪色的颜色，有较高的机械强度和紫外线稳定性，可构建耐用的原型进行拟合、形状和功能性测试，或者制作最终用途零件。

PC – ABS

结合了PC材料的强度与耐热性以及 ABS材料 的柔韧性，也具备良好的特征定义与表面光洁度。能够制作出更高强度的部件，进而确保更好地进行测试以及制作出模拟最终产品材料性能的原型。

碳纤维增强尼龙材料

Stratasys公司用于FDM 3D打印技术的尼龙12CF材料，含有多达35%的碳纤维，因此各种属性都非常优异，比如最终拉伸强度为76兆帕（MPA），拉伸模量为7529兆帕，抗弯强度为142兆帕，足以在许多应用中取代金属，非常适合汽车、航空航天等行业。这种碳纤维增强热塑性材料，用于生产高性能原型，能够在设计验证过程中经受生产零件的严格测试 满足生产环境的苛刻要求，并可应用于生产线上的夹具制造。

-- PolyJet 材料 – 数百种不同属性选择

数字 ABS

将耐高温与高韧性的特性结合，模拟标准 ABS 塑料，制作真实、精密、具有韧性和耐热特性的工具和原型。在厚度不到 1.2 mm (0.047 in.) 的壁中刚度和韧性均表现出色。

Polymaker

解决高性能材料在3D打印工艺中的经济性问题，是Polymaker正在努力且需要不断努力的方向，目前，Polymaker主要有两大应用板块，Polymaker消费板块 和 Polymaker工业板块。

Polymaker消费板块是最早推向市场的业务板块，目标客户主要是一些设计师、工程师和创客等。这也是3D打印开始普及时的主要市场。

工业应用板块方面，Polymaker在2017年初推出了Polymaker Industrial的产品线，其以开发兼顾高性能与经济性的先进材料为目标，包含了超过4大产品体系和超过20种不同的3D打印工程塑料及应用解决方案。

Polymaker PC

PC （聚碳酸酯），是目前最被广泛使用的高性能聚合物材料之一，拥有良好的力学和热学性能。可是即便PC具备如此优良的性能，其在3D打印中还并没有被大量地应用。其主要原因是受制于传统PC材料的一些特性，令其很难适用于3D打印。

为解决PC材料与3D打印匹配适用性的难题，2016年，Polymaker与Covestro公司开展了合作，推出了PC-Plus和PC-Max两款产品。在保持了PC高性能的同时，大幅度降低了其进行打印的难度。

一般通用PC材料在进行3D打印时，需要腔体加热至110-120℃，打印平台加热至120-150℃。而Polymaker PC在这两方面的温度要求仅为70-80℃和80-110℃。

这就意味着一般准工业级别的FDM/FFF打印机就可以顺利打印PC材料了，甚至于目前一些桌面级3D打印机也可以使用Polymaker的PC材料。而如果使用传统的PC材料，在硬件方面的投入相比起来将会是极其巨大的。

PolyCast™

PolyCast™是一款针对金属铸造应用推出的材料，Polymaker对于这款材料的定义是：快速，经济地制备金属件的解决方案。

传统的失蜡铸造在制作小批量产品时，会遇到两个难题：1. 成本高，主要是开模的成本 ；2. 周期长，一般需要2-4周才能完成开模并制作蜡模。 使用PolyCast™材料，便可以解决这些问题，无模具成本，并且很快就可以得到由PolyCast™材料制作的“蜡模”。

对于小批量制作，和制备一些复杂零件来说，Polycast™是一个很理想的解决方案。

PolyCast™材料有4个特性：

可抛光：结合Polysher™共同使用，能使打印件拥有可与注塑件媲美的光洁表面。

低灰分：PolyCast™材料在实际的铸造环境中测得的灰分数据为 0.003% ，可被极为充分彻底地烧除干净，铸造出无瑕疵的金属件。

低成本：无论与传统铸造工艺相比，还是与其他类型3D打印技术相比较，使用PolyCast™材料进行铸造的成本都更低。

易用性：PolyCast™材料极易打印，几乎市面所见线材3D打印机（FDM/FFF）都可以轻松打印这款材料。

PolyCast™应用案例：SO3D & 3D Sailing的用户通过PolyCast™技术生产帆船零件，实现零件非标准化的小批量生产。

PolyMide™ CoPA

PA尼龙也是最常见的工程塑料之一，有非常良好的机械性能，但在进行3D打印时，也需要腔体以及平台加热才能保证其在打印过程中不发生翘曲。这无疑又提高了尼龙材料的使用难度和使用成本。

经过不断地研发和创新，Polymaker使用Warp-Free™技术解决了尼龙易翘曲的难题，开发出防翘曲尼龙线材PolyMide™ CoPA， 使得FFF/FDM 3D打印机无需平台加热或是腔体加热，只要喷嘴温度能够达到250℃以上便可使用该款尼龙材料。

PolyMide™ CoPA应用案例：同济大学志远车队参加在新加坡举办的2018亚洲壳牌生态马拉松赛获得2项大奖：城市概念车最佳设计奖&原型车ICE组亚洲亚军。

图片：志远车队选择使用包括PolyMide™ CoPA在内的尼龙3D打印材料来制造赛车的结构件

在打造赛车时，志远车队需要选择低成本的小批量制造方案，来实现轻量化的设计理念。3D打印技术因此而成为了他们的理想方案。在材料选择方面，必须要满足车辆在热学和力学方面的较高要求。最终志远车队选择使用包括PolyMide™ CoPA在内的尼龙3D打印材料来制造赛车的结构件。