隨著3D列印技術的日益多樣化，選擇合適的製程和材料變得至關重要。不同的製程，如FDM、MJP、SLA和SLS，各自適用於不同的材料和應用場景。材料選擇更是多種多樣，從高強度金屬到靈活的高分子材料，如何在眾多選項中做出最佳決策，直接影響每個項目的成功。本文將深入探討如何根據應用需求和技術特性，挑選最適合的3D列印製程和材料，確保您的產品達到最佳效益。

 

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高分子材料的選擇

高分子材料因其優異的力學性能、耐化學性和可加工性而廣受歡迎。這些材料由長鏈分子構成，主要分為熱塑性塑料、熱固性塑料、彈性體和纖維。選擇合適的材料可確保最終產品的質量與性能。

 

常見材料特性與應用：

  • PLA ：生物可降解，適合原型製作和教育用途。低成本，列印容易，無毒。
  • ABS ：耐熱、耐衝擊，適合功能性零件，需控制環境溫度。
  • PETG ：透明，強韌，耐化學腐蝕。適合食品接觸應用。
  • 尼龍11/尼龍12 ：高強度，高耐磨性，適合機械零件。
  • TPU ：高彈性，耐磨，適合彈性零件。

 

製程應用：

  • 熔融沉積成型（FDM）：適用於PLA、ABS、尼龍等熱塑性塑料。
  • 光敏樹脂列印（SLA/DLP）：適合高精度模型製作，使用光固化樹脂材料。
  • 選擇性雷射燒結（SLS）：用於尼龍等材料的強度高功能性部件製造。

  

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（圖：墨非三維 PLA 3D列印）

金屬材料的應用與優勢

金屬材料具有高強度、硬度及導電性，能夠承受極端溫度，適用於工業級應用，如航太、汽車及醫療領域。

 

常見金屬材料與應用：

  • 鋼(17-4、316L) ：高強度，耐腐蝕，適合工業零件。
  • 模具鋼(Maraging Steel、Corrax) ：高硬度、高強度、高耐磨性和高韌性等特性。主要用於異型水路縮短脫模時間及增加良率。
  • 鈦合金(Ti6AI4V) ：輕量，高強度，生物相容性好。適合航空航天和醫療植入物。
  • 鋁合金(AISi10mg) ：輕量，導熱性好，適合汽車零件。
  • 銅 (Pure Copper)：優秀導電性，適合電子元件。需要特殊列印技術處理。
 
製程應用： 
  • 選擇性雷射熔融（SLM/DMLS) ：使用高功率雷射逐層熔融金屬粉末，適用於鋁、鈦、不鏽鋼等金屬材料，能製造高精度、高強度部件。
  • 金屬熔融沉積成型（FFF) ：加熱並擠出含有金屬粉末和聚合物粘合劑的細絲，逐層構建物體。最後需要經過去除粘合劑的處理（稱為脫脂）和高溫燒結過程，將金屬顆粒融合在一起，最終形成純金屬零件。
  • 直接能量沉積（DED) ：利用雷射或電子束熔化金屬粉末或絲材，適合大型金屬部件的修復和增材製造。
 

 

（圖：金屬3D列印 火箭噴油嘴應用）

樹脂材料的精密應用

樹脂材料具有良好的流動性和透明度，適合製作高精度、細緻的零件，特別是在醫療器械和消費品原型製作中應用廣泛。

  

常見樹脂材料與應用：

  • 標準樹脂(類ABS) ：高精度，適合細節模型及產品外觀驗證。
  • 韌性樹脂(類PP) ：高強度和高韌性的特性，能夠承受較高的機械應力，應用於需要耐衝擊、抗變形和高韌性的零件。
  • 柔性樹脂(類Rubber) ：有彈性，適合可彎曲零件。常見硬度選擇有邵氏硬度60A、70A、80A。
  • 耐高溫樹脂：適合高溫應用，具良好熱穩定性。用於功能測試和工業用途。
 
製程應用
  • 立體光刻（SLA）：利用紫外光固化光敏樹脂，逐層製作高精度模型和部件。
  • 數位光處理（DLP）：類似SLA，但使用數位光投影技術固化樹脂，速度更快。
  • 多噴嘴熔融成型（MJP）：通過多個噴嘴同時噴射光敏樹脂，固化後形成精細的部件。
  • 光敏樹脂材料噴射（PolyJet）：將液態光敏樹脂噴射到構建平台上，逐層固化成型。

   

（圖：墨非三維彩色樹脂3D列印）

連續纖維材料：鋁合金低成本替代方案

連續纖維材料具有極高的強度和剛性，能明顯提升複合材料的性能，強度是 ABS 的 26 倍的零件，是製造鋁合金強度部件的理想選擇。它能取代傳統機械加工鋁合金，適合製造高性能零件，如夾具治具等。

 

材料：

  • 碳纖維：高強度、輕量，適合高性能零件。常與PLA或尼龍基體結合使用。
  • 玻璃纖維：增強剛性和耐熱性，適合結構零件。用於增強塑料基體。
  • 芳綸纖維(Kevlar)：高強度和耐熱性能的合成纖維。由於其出色的機械性能和耐化學性，應用包括防彈衣、航太結構、運動器材等。

 

應用製程：

  • 熱熔沉積技術（TDM）：使用連續纖維和樹脂材料同時進行列印，形成強度優異的結構件。

 

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（圖：連續纖維）

純蠟：鑄造的關鍵材料

使用3D列印技術製作純蠟模型，這些模型能夠完整再現設計的細節，適用於製作複雜形狀的金屬零件。隨後，進入脫蠟鑄造過程，這些蠟模會被包裹在耐火材料中，並加熱使蠟融化流出，留下模腔，最終在模腔中澆注金屬，形成精密的鑄件。這一流程廣泛應用於珠寶、醫療植入物和工業零件的製造。 

 

常見材料與應用：

  • 紫蠟：專為3D列印而設計的高精度蠟材。常用於珠寶設計和精密鑄造。
  • 紅蠟：其材料韌性適合應用於珠寶蠟鑲。於蠟模上設計出寶石的鑲嵌位置，然後將寶石固定在蠟模型上。
  • 綠蠟：通常用於工業大型零件製作，材料剛性較高適合工業鑄造，應用包括航太、汽車零件及五金之鑄造。
 

應用製程：

  • 光固化立體光刻（SLA/DLP）：利用光敏樹脂和光源固化技術，逐層打印出精細的純蠟模型，適合高精度需求的應用。
  • 材料噴射（MJP）：多噴嘴同時噴射蠟狀材料並固化，製作出高細節的蠟模，適用於珠寶和精密鑄造。
  • 熔融沉積成型（FDM）：使用專用蠟絲材料通過熔融和逐層沉積的方式打印純蠟模型，適合製作簡單的鑄造模具。

 

 

3D列印材料怎麼選？

選擇適當的材料特性是3D列印成功的關鍵，因為材料的選擇直接影響最終產品的強度、耐久性、精度和外觀。每種材料的物理特性對應不同的列印製程，如粉末雷射燒結（SLS）、熔融沉積（FDM）和光固化（SLA/DLP），每一類技術都提供獨特的優勢。

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