导读：根据不同的3D打印工艺，可以使用不同的材料，但由于材料种类繁多，用户选择起来会十分困难。无论是塑料、陶瓷甚至金属，3D 打印材料组合都可能是用户踏入3D打印领域的第一道难题。因此，南极熊在这里直接比较了两种聚合物材料：树脂和粉末。要注意，当今市场上有许多粉末和树脂材料，例如金属粉末或者陶瓷树脂，但本文只关注聚合物。
有两种类型的3D打印塑料：热固性塑料和热塑性塑料，这两种材料的主要区别在于它们在受热时的行为不同。热固性塑料在固化时会分解，冷却后不会再形成。另热塑性塑料是最常用的，加热后它们可以呈现所需的形状并经历各种熔化和凝固过程，每次重新加热时它们的性能都会略有变化。
树脂与粉末
△塑料粉末可用于许多领域，例如汽车行业（图片来源：EOS）
这两类材料是增材制造中使用最多的材料。对于塑料粉末，根据 Linker 报告，到 2029 年，市场预计将达到30亿美元；于树脂，根据 Fortune Business Insights，到2029年，市场预计将超过7500亿美元。每种材料都与不同的3D打印工艺兼容，例如用于粉末的激光熔融技术，以及用于树脂的材料喷射或光聚合激素，下文将详细介绍这些内容，以及后处理、定价、材料特性、制造商等等！
塑料粉末和树脂的特性和性能
一、3D 打印聚合物树脂
在目前的聚合物市场上，有不同的树脂，根据其性能，在不同的领域有不同的应用。使用树脂进行 3D 打印可以制造具有精细结构的小物体。市场上常用的树脂包括：
●标准树脂：这些市场上最便宜和使用最广泛的树脂之一，易于加工和研磨，触感柔软。然而，它们也很脆弱，很容易破裂，主要用于快速原型制作。
●柔性树脂：它们通常用于可弯曲或压缩的打印物体，具有极高的灵活性，可以调整肖氏硬度。
●水洗树脂：顾名思义，这些树脂不需要用异丙醇洗掉，用水清洗即可，它们气味低，表面干燥且粘性较低。
●工业树脂：适用于制造要求坚硬表面的零件，主要分为两种：
▷耐温树脂：能够承受高达 238 oC 的温度，用于生产需要更多精度细节、高精度和高热稳定性的原型。
▷烧结树脂：这是一种具有高度细节和出色表面光洁度的树脂，其固化过程比其他树脂更快。主要特点是浇注后工序干净，不留残渣。
●牙科树脂：牙科领域有特殊树脂，可以根据需要着色、透明、更灵活或更坚硬，用于牙桥、牙冠、保持器或夹板的制造，因此这些树脂必须是可消毒的。
△树脂在牙科行业中发挥着重要作用（图片来源：Formlabs）
二、3D打印聚合物粉末
在热塑性聚合物粉末市场上，塑料种类繁多，其中尼龙最为常见：
●尼龙：又称聚酰胺，最常用的是PA12和PA11。这两种类型的尼龙吸收水分很少，并且由于其阻力和摩擦力而被用于例如汽车工业。
▷尼龙 PA12：由石油制成，这种材料能够承受剧烈的温度变化，并能抵抗各种化学品的侵蚀。
▷尼龙 PA11：是一种生物基聚合物，含有蓖麻油，耐热性好，弹性高，比PA12更环保。
●PEEK：这是一种半结晶热塑性塑料，因其机械性能、耐热性和耐磨性以及由于其比强度高，能够在工业界替代某些金属。然而，它是一种难以加工的材料，尤其是在温度方面。因此，这种材料主要用于汽车、航空航天和医疗行业。
●复合材料：复合材料由基体聚合物和短纤维或长纤维组成。最常用的是碳纤维和玻璃纤维，碳纤维是通过将聚合物与碳纤维混合制成的，从而产生更轻、更强和更硬的材料；玻璃纤维是聚合物与玻璃纤维的混合物，与碳纤维一样坚固，但硬度较低且密度更高。
●聚丙烯：这种热塑性塑料 ( PP ) 也是半结晶的，其特点是耐化学品、良好的电绝缘性和重量轻，但由于必须控制其热处理，因此难以印刷。
●TPU：热塑性聚氨酯是一种在加工过程中具有高耐用性和柔韧性的材料。尽管不能承受高温，但也具有很高的抗冲击、耐磨和加工能力。
塑料粉末的一个优势是它们的可回收性。由于用于 SLS 和 MJF 的粉末是热塑性塑料，因此可以在烧结过程后将它们筛分并与新粉末混合，以重复使用多余的材料，从而避免浪费。
△图片来源：巴斯夫
3D 打印数字工作流程
一、树脂
对于树脂 3D 打印，最常用的方法之一是光聚合技术。这包括 SLA、DLP 和 LCD 工艺，并使用紫外线 (UV) 光固化树脂，这些过程之间的区别在于所使用的光源。例如，SLA 使用激光逐点固化树脂，而DLP使用投影仪在单个投影中固化整个树脂托盘；与树脂兼容的另一种完全不同的工艺是材料喷射技术，其中同时使用多种树脂，包括使用透明树脂的可能性。
现在我们需要谈一谈后处理，打印后，零件表面经常会有粘性树脂残留物，必须用溶剂清洗才能去除。异丙醇是最常用的溶剂，效果最好。打印人员还需要移除在设计过程中添加的任何支撑，当然这取决于零件的几何形状。这一步最好用钳子完成。最后，由于并非所有固化反应都必须在打印后立即完成，因此由树脂制成的部件必须经过额外的热处理。这有很多方法，从简单的光聚合（例如在阳光下）到使用固化设备都可以。固化时间因部件而异。最后，在精加工时，可以通过机械加工等表面处理平滑表面、加固零件本身，创造美观的表面。
对于树脂还有一点要特别说明，就是毒性，它在与皮肤接触时经常会引起严重的刺激和过敏，尤其是当暴露在太阳的紫外线下时。处理树脂时还要小心吸入蒸气，由于它们的高毒性，可能会导致使用者头晕，因此佩戴足够的保护装置很重要。
△树脂的后处理步骤（图片来源：Formlabs）
二、粉末
对于使用塑料粉末的 3D 打印，SLS、MJF 和 Stratasys 的 SAF 之间存在区别。在 SLS 技术中，在构建板上沉积一层薄薄的粉末后，使用激光选择性地烧结粉末并固化选定区域。惠普的 Multi Jet Fusion 工艺，在涂上粉末层后，选择性地将助熔剂沉积在颗粒要融合在一起的区域。同时，涂上细化剂可减少零件边缘的融合，从而使边缘干净光滑。在 SAF（选择性吸收聚变）的情况下，主要区别在于该技术使用高能吸收流体，一旦沉积，就会吸收能量。
与使用树脂不同，聚合物粉末不需要支撑。事实上，3D 打印的部分在打印过程中处于所谓的“粉块”中，因此得到支撑。在后处理过程种，第一步是从粉块中取出零件。这涉及一个冷却过程，根据零件的不同，该过程最多可能需要 10 个小时。然后是去除粉末，这一步可以手动完成，也可以使用机器自动完成。操作人员必须穿戴特殊防护设备，因为吸入粉末会导致健康危害，塑料部件还有许多其他精加工步骤，例如镀锌、喷漆或打磨。
塑料粉末和树脂的价格区间
这两种材料的价格在很大程度上取决于它们各自的性能和应用。500克标准黑色树脂起价约为 25 美元，而一升则高达 400 多美元。塑料粉末的价格范围:例如，PA 11 的价格在每公斤 75 到 320 美元之间。当使用塑料粉末打印时，它可以重复使用到一定比例，通常为 50%。
市场上有哪些制造商？
市场上有名的材料制造商是负责生产原材料的化学企业，以及随后使用它们甚至有时甚至与化学集团合作开发它们的 3D 公司。
●就树脂原材料而言，有名的材料制造商包括 Loctite Henkel 、Covestro Additive Manufacturing、BASF 和 Arkema，BASF 和 Arkema与 3D 打印机制造商合作并经常开发自己的材料。Zortrax、Formlabs 和 EnvisionTEC 在这些方面做的也很不错。
●对于塑料粉末，比较有名的供应商为Arkema、BASF、Evonik，它们与 HP 、 EOS合作。粉末制造商AM Polymers 或 Fabulous 在市场种也有一席之地。目前有更多的专有树脂，因为一些树脂机器仍然是封闭的，即它们只与制造商自己开发的材料兼容。
树脂和粉末的应用
对于树脂，应用场合一般是需要有一定精度要求的地方。例如，微小的零件，用于娱乐或珠宝等行业的更多彩色组件。树脂在医疗领域也很受欢迎，尤其是在牙科领域，特别是用于制作手术导板、牙冠或植入物。
就塑料粉末的可能应用而言，它们可以用于卫生领域。尼龙具有生物相容性，因此非常适合制造假肢，因为它可以与皮肤直接接触。制造业也经常使用这类材料，因为它们用于功能性原型、中小型系列。例如，它可以用来制造齿轮甚至铰链。
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