金属、塑料烧结、光固化3D打印材料选择白皮书，Protolabs总结

2021年1月31日，南极熊注意到，全球3D打印服务龙头Protolabs 发布了一份白皮书，介绍了如何选择正确的3D打印材料。最近，Protolabs （纽约证券交易所代码： PRLB）以3.3亿美元并购分布式制造平台3D Hubs，是截止目前互联网3D打印加工平台的最大收购案。

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材料必须配合应用，才能成功。如今，随着3D打印从功能原型设计到生产，对材料性能的要求也越来越高。3D打印比较特别，它不同于其他制造工艺，材料部件的性能和特点会大不相同。

本白皮书介绍了三种广泛应用的工业3D打印工艺：直接金属激光烧结（DMLS）、选择性激光烧结（SLS）和立体光刻（SL），以及这三种工艺常用的材料性能。
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△白皮书目录

材料的进步

3D打印材料不断得到改善。技术的进步使3D打印超越模型和原型，满足测试、车间使用的功能部件和生产。

3D打印会产生各向异性，其值不同主要是在X和Y（绘图平面）与Z方向。

通过对3D打印工艺的专门设计，和调整打印方向、各向异性可以克服材料特性。为了达到这个目的，设计师可以利用过去项目的经验来设计。虽然成功与否取决于材料特性，但它们不是唯一的考虑因素。每种3D打印材料和建造过程也将决定一些特征，如作为最大的零件尺寸、尺寸精度、特征等。分辨率、表面粗糙度、生产时间和零件的成本。所以建议选择合适的材料，然后评估达到预期的能力和与时间、成本和质量有关的要求。

材料选择

一般来说，有一两个材料特性将一种3D打印材料与其他所有材料区分开来。推荐选择3D打印材料的方法是首先定义什么属性是关键。然后审查材料选项来寻找合适的。由于3D打印很不一样，所以找到一个目标是与铸件、模压件或机械加工件完美匹配材料是不明智的。

直接金属激光烧结(DMLS)

DMLS使用纯金属粉末来生产部件。目前正在进行研究，以确定晶粒结构，它可以随激光参数、建造后的热处理和等静压而变化。DMLS生产的零件，材料特性接近于各向同性状态。
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DMLS的材料性能，抗拉强度见图1，图2为伸长率，图3为硬度。

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△不同金属材料DMLS打印件抗拉强度对比
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△不同金属材料DMLS打印件伸长率对比

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△不同金属材料DMLS打印件硬度对比

选择性激光烧结(SLS)

SLS使用热塑性粉末，主要是聚酰胺尼龙。PA使功能部件具有更大的韧性。冲击强度比光固化(SL)生产的零件高，以及耐高温(177°C至188°C)。缺点是，SLS缺乏表面光洁度和精细度。

对SLS的直观特性对比

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△不同材料SLS打印件热变形温度
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△不同材料SLS打印件断裂伸长率

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△不同材料SLS打印件拉伸强度

立体光固化(SL)

SL使用了光聚合物、热固性树脂。它提供了广泛的材料选择，具有较大范围的抗拉强度、拉伸和弯曲模量，以及EBs。冲击强度和热变形温度一般要低得多。

有的材料还提供了颜色的选择和不透明度。结合良好的表面光洁度和高特征分辨率，SL可以生产出仿制的部件。在性能和外观上都与注塑成型产品无异。光聚合物具有吸湿性和紫外线敏感性。可能会随着时间的推移，发生变形，零件的性能会有所下降。暴露在潮湿和紫外线下，光固化3D打印零件会改变外观、尺寸和机械性能。

对于SL材料的直观比较特性

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△不同材料SL打印件热变形

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△不同材料SL打印件断裂伸长率

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△不同材料SL打印件抗拉强度

结论

横跨金属、热塑性塑料和热固性材料，3D打印提供了许多不同的材料。成功的关键是对差异的认知。有了充分了解的合格的3D打印服务资源，可以填补数据的空白，这种思维方式打开了一扇大门，充分发挥3D打印技术的独特优势。

最后附上这三种工艺，3D打印材料选择流程图。
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