FDM工艺打印机一般使用热塑性材料作为打印材料,这些材料的熔点较低,但具有较好的绝缘性,还不易发生化学腐蚀,适用于对强度需求较低的工业、服装、医疗卫生等行业。在进行模型实体材料选择时,需要考虑以下几点因素:
首先,由于打印过程中需不断地喷射打印材料,为保证喷头的顺畅工作,材料应具有黏度低,阻力小的特性。
其次,打印过程中探头需不断加热材料至其熔点,加热功耗与材料的熔点温度息息相关。材料熔点低有利于提高机器的使用寿命。同时,材料的黏结性决定了实体各层之间的黏结强度,较高的黏结性有助于增强打印模型的强度。
最后,材料在受热膨胀降温冷却的过程中,收缩率越小,打印出来的物品精度越有保证。
根据以上特征,目前市场上主要的FDM材料包括ABS、PLA、PC、PP、合成橡胶等材料,如图7-59所示。下面就对这些材料进行详细的介绍。
图7-59 不同的打印材料(www.daowen.com)
ABS(acrylonitrile butadienestyrene)材料。ABS是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物,A代表丙烯腈,B代表丁二烯,S代表苯乙烯。ABS具有强度高、韧性好、稳定性高的特点,是一种用途极广的工程塑料。该材料具有高度通用性,特别坚固耐用,适用于后处理技术,如打磨或黏合。但是,该材料是不可生物降解的,并且在不使用时必须存放在密封容器中,因为它可以吸收水分并受长时间暴露在阳光下的影响,这两者都会降低打印部件的质量。此外,它产生的烟雾可能会产生刺激性,这意味着在打印过程中需要做通风处理。
PLA(polylactic acid)材料。PLA又名玉米淀粉树脂,是一种新型的生物降解材料,使用可再生的植物资源(玉米)所提取出的淀粉原料制备而成。除了具有良好的生物降解能力,其光泽度、透明性、手感和耐热性也很不错,目前主要用于服装、工业和医疗卫生等领域。
PC(polycarbonate)材料。PC是一种高强度、耐腐蚀的热塑性塑料,通常用于制造光盘、防弹玻璃和其他高耐久性的产品。它具有高冲击强度和透明外观,对许多用户极具吸引力。与ABS一样,它在打印过程中需要通风,因为它会产生大量细小的颗粒,如果维护不当会刺激使用者的眼睛并堵塞打印头。需要注意的是,由于PC的强度高,它比其他材料更容易翘曲。
PP(polypropylene)材料。PP是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂,其无毒、无味,强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100℃左右使用,具有良好的介电性能和高频绝缘性且不受湿度影响。缺点是不耐磨易老化,适合制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱等有机溶剂对它几乎不起作用,可用于食具。
合成橡胶材料。用化学方法人工合成的橡胶统称为合成橡胶,能够有效弥补天然橡胶产量不足的问题,合成橡胶一般在性能上不如天然橡胶全面,但它具有高弹性、绝缘性、气密性、耐高温等优势,因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。
另外,在打印外部支撑的过程中,一般仍然使用打印模型时的材料,这导致在后处理过程中,支撑材料较难去除,且易在剥离过程中损坏模型表面。针对这样的问题,3D打印界巨头Stratasys公司在1999年开发了水溶性支撑材料,单独打印模型的外部支撑,如图6.14所示。打印完成后,只需用清水对打印后的模型进行冲洗,即可将支撑材料溶解,快速去除支撑而不损伤实体模型。
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