【南極熊3D打印文化】尼龍材料：全球第一件3D打印衣服

尼龍是最重要的工程塑料之一，在3D打印領(lǐng)域具有其他材料無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。尼龍產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，幾乎覆蓋每一個(gè)領(lǐng)域，是五大工程塑料中應(yīng)用最廣的品種。今天就重點(diǎn)講講尼龍材料。

耐用性尼龍材料

尼龍（Nylon）又叫聚酰胺纖維，英文名Polyamide（簡(jiǎn)稱PA）。尼龍外觀為白色至淡黃色顆粒，制品表面有光澤且堅(jiān)硬。尼龍材料有很好的耐磨性、韌性和抗沖擊強(qiáng)度，可用作具有自潤(rùn)滑作用的齒輪和軸承的制備。尼龍耐油性好，無(wú)嗅無(wú)毒，可作為食品的包裝材料。部分尼龍用作合成纖維，其強(qiáng)度甚至可同碳纖維媲美，是重要的增強(qiáng)材料，在航天工業(yè)中被大量應(yīng)用。尼龍的不足之處是在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下不穩(wěn)定，吸濕性強(qiáng)。下圖為一些常見(jiàn)的尼龍制品。

  

尼龍網(wǎng)                          尼龍布

尼龍的品種眾多，主要有尼龍6、尼龍10、尼龍12、尼龍66尼龍1010、1212等。3D打印尼龍材料屬于一種特殊的耐用性工程尼龍。耐用性尼龍材料是一種非常精細(xì)的白色粉粒，做成的樣品強(qiáng)度高，同時(shí)具有一定的柔性，使其具有較強(qiáng)的抗沖擊性能。它的表面有一種沙沙的、粉末的質(zhì)感，也略微有些疏松。由于尼龍熔融溫度比較高，而熱變形溫度較其他高分子材料相比較低，導(dǎo)致大多數(shù)尼龍熔化后的黏度較小，無(wú)法滿足FDM工藝的要求，因此尼龍材料多數(shù)采用SLS工藝進(jìn)行打印。

耐用性尼龍材料在3D打印中的應(yīng)用

耐用性尼龍材料在3D打印中的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：

結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁管道

外殼產(chǎn)品制造

葉輪和連接器

運(yùn)動(dòng)用消費(fèi)品

汽車儀表盤和格窗

裝配設(shè)計(jì)

接近最終產(chǎn)品性能的功能性原件

適用于中小體積的快速制造

符合生物適應(yīng)性標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)療設(shè)備

車床加工或用黏合劑黏合的零件

結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品和塑料原型件

耐用性尼龍材料在3D打印中的代表性應(yīng)用實(shí)例

目前3D打印耐用性尼龍材料主要用于制造功能性測(cè)試的原型件、模具母模以及最終用途零件等。耐用性尼龍材料在3D打印中的一個(gè)突出用途就是在人工骨制造方面的應(yīng)用：應(yīng)用SLS技術(shù)對(duì)顱骨三維CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行燒結(jié)，得到完整的顱骨模型。與ABS等其他高分子材料相比，耐用性尼龍材料的加工溫度稍高，其3D打印的制品韌性高于ABS的制品，沖擊強(qiáng)度是PLA制品的10倍以上，因此常被用于高機(jī)械強(qiáng)度的零件制造。

利用尼龍材料3D打印的汽車零部件（圖片來(lái)源：華曙高科）

2016年中國(guó)航天員所使用的種植生菜裝置采用尼龍材料3D打印而成（圖片來(lái)源：央視網(wǎng)）

尼龍因其輕質(zhì)高強(qiáng)的特性早已廣泛應(yīng)用于服裝領(lǐng)域，很多設(shè)計(jì)師們都在嘗試使用尼龍作為原料進(jìn)行服裝的3D打印。2011年，Shapeways公司推出全球第一款利用SLS技術(shù)3D打印出來(lái)的比基尼泳衣。這種尼龍材料非常潔凈、結(jié)實(shí)且富有彈性，是3D打印技術(shù)服裝制品商業(yè)化的開(kāi)端。

尼龍材料制成的比基尼泳衣（圖片來(lái)源：Shapeways）

Shapeways利用尼龍材料打印的運(yùn)動(dòng)鞋（圖片來(lái)源：shapeways）

尼龍材料突出的柔韌性、機(jī)械性能、較低的密度為3D打印在時(shí)尚界的發(fā)揮提供了廣闊的施展空間。下圖是一款3D打印的高跟鞋，這款鞋子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)主要是由耐用性尼龍粉末材料構(gòu)成。

耐用性尼龍材料打印的高跟鞋（圖片來(lái)源：Continuum Fashion）

英國(guó)的歐洲航空防務(wù)與航天集團(tuán)展示了一輛3D打印的自行車“Airbike”。Airbike用尼龍材料制造，打印技術(shù)為SLS（選擇性激光燒結(jié)），與鋼鋁材料的堅(jiān)固程度相當(dāng)，但重量卻比鋼鋁材料輕65%。

基于SLS技術(shù)制成的尼龍材料自行車“Airbike”

英國(guó)南安普頓大學(xué)的工程師制成了全球首款3D打印的飛機(jī)“SULSA”。這架飛機(jī)的外殼是利用SLS激光燒結(jié)技術(shù)制成，機(jī)身相當(dāng)輕便，具有良好的強(qiáng)度。

利用尼龍材料3D打印的飛機(jī)

尼龍玻纖

用不同性能的材料進(jìn)行復(fù)合，充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能夠使其某些特定性能得到大幅度的提高，從而進(jìn)一步拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。

玻璃纖維（Glass Fiber）是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料。其單絲直徑從幾微米到幾十微不等，大約相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的1/20～1/5。玻璃纖維作為復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料、絕熱保溫材料和電絕緣材料廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。

玻璃纖維

尼龍玻纖由玻璃纖維加入尼龍材料復(fù)合而成。研究表明在尼龍中加入30%的玻璃纖維，其強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐熱性和耐老化性能均有明顯提高。尼龍玻纖改善了單一的尼龍材料熱收縮率高和尺寸穩(wěn)定性差的缺陷，使其更加吻合作為3D打印材料的需要。另外，由于玻纖對(duì)尼龍性能的提高以及熔體流變性能的改變，使尼龍玻纖不僅能夠用于SLS技術(shù)的打印，還能充分滿足FDM工藝的打印需要。

利用尼龍玻纖制成的自行車踏板（圖片來(lái)源：南極熊）

3D打印的汽車歧管，打印技術(shù)：SLS（圖片來(lái)源：華曙高科）

在汽車領(lǐng)域中，世界首輛3D打印汽車原型Urbee于2013年問(wèn)世，由Urbee團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)而成，其主要材料是尼龍玻纖。Urbee團(tuán)隊(duì)對(duì)尼龍玻纖的使用有豐富的經(jīng)驗(yàn)，尼龍玻纖材料被應(yīng)用于汽車玻璃鋼罩、擋泥板、車頂，以及汽車制造模具的打印中。在整個(gè)制作過(guò)程中，他們將尼龍玻纖材料切割成圓形橫截面的薄層后再擠壓成絲狀，利用FDM打印機(jī)打印制作而成。尼龍玻纖從噴頭擠壓出來(lái)的絲狀材料甚至能達(dá)到人的頭發(fā)絲那么細(xì)，從而有效保證了打印產(chǎn)品的精細(xì)度。整個(gè)車的零件打印只需耗時(shí)2500小時(shí)，生產(chǎn)周期遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)汽車制造周期。

3D打印汽車Urbee

如果你想了解更多的南極熊3D打印知識(shí)，請(qǐng)關(guān)注公眾號(hào)【創(chuàng)克加科技】