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如何选到合适的3D打印材料
2014-04-19
3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。3D打印的材料很多，那么应该如何选择3d打印材料呢？下面深圳破解构科技就来为大家进行介绍。
如何选择3D打印材料通常会有下面几个方面的考虑：成本，材料性能（力学性能，机械性能，化学稳固性），后置处理后的成品细节，以及特殊应用环境等因素。
一、成本
从最受关注的成本（不包含后置处理和人工费用）上讲。通过对同一结构体积的材质球打印，我们发现在同等10000mm3体积大小产品的生产造价上：PLA塑料<塑料<树脂<全彩砂岩<尼龙<蓝蜡<金属。
因此，从产品的造价成本上讲，PLA塑料和ABS塑料是最低的，是最能符合低成本的耗材使用需求的。这里需要注意的是，PLA塑料和ABS塑料材料的产品在设计悬空结构或者斜向上的角度最好大于45度，小于45度就会需要额外的支撑，也就是说，小于45度时会变相的增加造价成本。
在最小壁厚上，在普通产品来讲，1.0mm的PLA塑料和ABS塑料最小壁厚，于最低的0.6mm壁厚水平相差无几，属于正常水平范围内，绝对能够满足绝大部分普通产品的塑造需求。同样，虽然最小壁厚能满足大部门普通产品，但仍须注意不能小于1.0mm时，否则会在打印过程中发生变形，造成打印失败。
在最高精度上，受材料自身因素的影响，0.3mm的PLA塑料在最高精度略低于平均水平，而0.1mm的ABS塑料则相对更为高精一些。不过这样的最高精度，已经完全和某些工业级最高精度相媲美，绝对满足创客对创意产品的制作要求。
同时，PLA塑料和ABS塑料对应的FDM工艺相对简单，利用桌面机就可以进行打印制作。而桌面机的使用相对于工业机来讲，或许在精度和批量化生产上稍有差距，但绝对也可以满足正常的产品需求，且造价更低，生产更方便。
至于外表纹理和支撑处理，对于PLA塑料来讲，PLA材料的3D模型较硬、不耐热，如果打磨会愈磨愈粗糙，目前没有较好的外表纹理和支撑处理办法。而对于ABS塑料讲，虽可以进行打磨，但是使用一定比列的碱溶液，即可使其表面光洁明亮，这种表面处理效果会更好。
四、应用方向
除了以上3种因素外，基于制作打印模型的目的，应用方向大致可分为两类：外观验证和结构验证。
外观验证模型：由工程师设计制作用于验证产品外观的手板模型或直接使用且对外观要求高的模型。外观验证模型是可视的、可触摸的，它可以很直观的以实物的形式把设计师的创意反映出来，避免了“画出来好看而做出来不好看” 的弊端。外观验证模型制作在新品开发，产品外形推敲的过程中是必不可少的。
基于外观验证模型的需求，优先建议选用光敏树脂类3D打印（包括类ABS树脂和透明PC材料）；
结构验证模型：在产品设计过程中从设计方案到量产，一般需要制作模具。模具制造的费用很高，比较大的模具价值数十万乃至几百万，如果在开模的过程中发现结构不合理或其他问题，其损失可想而知。因此，制作结构验证模型能避免这种损失，降低开模风险。
基于结构验证模型的需求，对精度和表面质量要求不高的，优先建议选择机械性能较好、价格低廉的材料，比方说PLA、ABS等材料。
此外，还有部分特殊要求，例如对导电性有要求，则需要金属材料，或者要逆向制作一个精美的首饰，则建议使用蓝蜡。
当然，在对材料有了清晰合理的划分，和明确的性能认知之后，作为一个3D打印行业的从业者来讲，我们还需要对材料的应用方向，做出一个大概性的了解。
据小编了解，当下市场上使用频率最高的3D打印材料主要包括： 塑料（ABS、PLA、尼龙、光聚合物等），金属（钢、银、金、钛、铝等）两大类。而这两大类别中，又可以根据市场应用和市场需求两个方向进行再次划分。
（1）市场应用最广的
就目前的市场形态来看，塑料类材料在消费级产品制造中是主流。简单点说就是，在我们日常生活中看到的3D打印产品，其生产材料不外乎是ABS、PLA、尼龙和光聚合物这四种。
（2）市场需求最广的
如果从市场最需求和未来发展最长久的角度来看，市场对金属类材料制作的产品的渴求是十分迫切的。尤其是在在航空航天与国防、汽车、医疗等行业的运用上，具备极大的发展空间。
与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，因此，在生产上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。3D打印技术适合于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等。因此，3D打印产业受到了国内外越来越广泛的关注，将成为下一个具有广阔发展前景的朝阳产业。
如何选择3D打印材料通常会有下面几个方面的考虑：成本，材料性能（力学性能，机械性能，化学稳固性），后置处理后的成品细节，以及特殊应用环境等因素。
一、成本
从最受关注的成本（不包含后置处理和人工费用）上讲。通过对同一结构体积的材质球打印，我们发现在同等10000mm3体积大小产品的生产造价上：PLA塑料<塑料<树脂<全彩砂岩<尼龙<蓝蜡<金属。
因此，从产品的造价成本上讲，PLA塑料和ABS塑料是最低的，是最能符合低成本的耗材使用需求的。这里需要注意的是，PLA塑料和ABS塑料材料的产品在设计悬空结构或者斜向上的角度最好大于45度，小于45度就会需要额外的支撑，也就是说，小于45度时会变相的增加造价成本。
下图是提供的部分3D打印耗材的材料性能，图中硬度、透明度、尺寸和精度的等级从1到5级，是从最低级到最高级的划分。
在最小细节上，0.5mm的PLA塑料和ABS塑料，低于蓝蜡的0.1mm，高于银质材料的1.0mm，处在一个中间水平，尚无特别之处。
在最小壁厚上，在普通产品来讲，1.0mm的PLA塑料和ABS塑料最小壁厚，于最低的0.6mm壁厚水平相差无几，属于正常水平范围内，绝对能够满足绝大部分普通产品的塑造需求。同样，虽然最小壁厚能满足大部门普通产品，但仍须注意不能小于1.0mm时，否则会在打印过程中发生变形，造成打印失败。
在最高精度上，受材料自身因素的影响，0.3mm的PLA塑料在最高精度略低于平均水平，而0.1mm的ABS塑料则相对更为高精一些。不过这样的最高精度，已经完全和某些工业级最高精度相媲美，绝对满足创客对创意产品的制作要求。
同时，PLA塑料和ABS塑料对应的FDM工艺相对简单，利用桌面机就可以进行打印制作。而桌面机的使用相对于工业机来讲，或许在精度和批量化生产上稍有差距，但绝对也可以满足正常的产品需求，且造价更低，生产更方便。
三、后置处理
至于外表纹理和支撑处理，对于PLA塑料来讲，PLA材料的3D模型较硬、不耐热，如果打磨会愈磨愈粗糙，目前没有较好的外表纹理和支撑处理办法。而对于ABS塑料讲，虽可以进行打磨，但是使用一定比列的碱溶液，即可使其表面光洁明亮，这种表面处理效果会更好。
四、应用方向
除了以上3种因素外，基于制作打印模型的目的，应用方向大致可分为两类：外观验证和结构验证。
外观验证模型：由工程师设计制作用于验证产品外观的手板模型或直接使用且对外观要求高的模型。外观验证模型是可视的、可触摸的，它可以很直观的以实物的形式把设计师的创意反映出来，避免了“画出来好看而做出来不好看” 的弊端。外观验证模型制作在新品开发，产品外形推敲的过程中是必不可少的。
基于外观验证模型的需求，优先建议选用光敏树脂类3D打印（包括类ABS树脂和透明PC材料）；
结构验证模型：在产品设计过程中从设计方案到量产，一般需要制作模具。模具制造的费用很高，比较大的模具价值数十万乃至几百万，如果在开模的过程中发现结构不合理或其他问题，其损失可想而知。因此，制作结构验证模型能避免这种损失，降低开模风险。
基于结构验证模型的需求，对精度和表面质量要求不高的，优先建议选择机械性能较好、价格低廉的材料，比方说PLA、ABS等材料。
此外，还有部分特殊要求，例如对导电性有要求，则需要金属材料，或者要逆向制作一个精美的首饰，则建议使用蓝蜡。
当然，在对材料有了清晰合理的划分，和明确的性能认知之后，作为一个3D打印行业的从业者来讲，我们还需要对材料的应用方向，做出一个大概性的了解。
据小编了解，当下市场上使用频率最高的3D打印材料主要包括： 塑料（ABS、PLA、尼龙、光聚合物等），金属（钢、银、金、钛、铝等）两大类。而这两大类别中，又可以根据市场应用和市场需求两个方向进行再次划分。
（1）市场应用最广的
就目前的市场形态来看，塑料类材料在消费级产品制造中是主流。简单点说就是，在我们日常生活中看到的3D打印产品，其生产材料不外乎是ABS、PLA、尼龙和光聚合物这四种。
（2）市场需求最广的
如果从市场最需求和未来发展最长久的角度来看，市场对金属类材料制作的产品的渴求是十分迫切的。尤其是在在航空航天与国防、汽车、医疗等行业的运用上，具备极大的发展空间。
与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，因此，在生产上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。3D打印技术适合于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等。因此，3D打印产业受到了国内外越来越广泛的关注，将成为下一个具有广阔发展前景的朝阳产业。
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