金屬、塑料燒結(jié)、光固化3D打印材料選擇白皮書，Protolabs總結(jié)

2021年1月31日，南極熊注意到，全球3D打印服務(wù)龍頭Protolabs 發(fā)布了一份白皮書，介紹了如何選擇正確的3D打印材料。最近，Protolabs  （紐約證券交易所代碼：  PRLB）以3.3億美元并購分布式制造平臺3D Hubs，是截止目前互聯(lián)網(wǎng)3D打印加工平臺的最大收購案。



材料必須配合應(yīng)用，才能成功。如今，隨著3D打印從功能原型設(shè)計到生產(chǎn)，對材料性能的要求也越來越高。3D打印比較特別，它不同于其他制造工藝，材料部件的性能和特點會大不相同。

本白皮書介紹了三種廣泛應(yīng)用的工業(yè)3D打印工藝：直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）和立體光刻（SL），以及這三種工藝常用的材料性能。

△白皮書目錄

材料的進步

3D打印材料不斷得到改善。技術(shù)的進步使3D打印超越模型和原型，滿足測試、車間使用的功能部件和生產(chǎn)。

3D打印會產(chǎn)生各向異性，其值不同主要是在X和Y（繪圖平面）與Z方向。

通過對3D打印工藝的專門設(shè)計，和調(diào)整打印方向、各向異性可以克服材料特性。為了達到這個目的，設(shè)計師可以利用過去項目的經(jīng)驗來設(shè)計。雖然成功與否取決于材料特性，但它們不是唯一的考慮因素。每種3D打印材料和建造過程也將決定一些特征，如作為最大的零件尺寸、尺寸精度、特征等。分辨率、表面粗糙度、生產(chǎn)時間和零件的成本。所以建議選擇合適的材料，然后評估達到預(yù)期的能力和與時間、成本和質(zhì)量有關(guān)的要求。

材料選擇

一般來說，有一兩個材料特性將一種3D打印材料與其他所有材料區(qū)分開來。推薦選擇3D打印材料的方法是首先定義什么屬性是關(guān)鍵。然后審查材料選項來尋找合適的。由于3D打印很不一樣，所以找到一個目標(biāo)是與鑄件、模壓件或機械加工件完美匹配材料是不明智的。



直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)

DMLS使用純金屬粉末來生產(chǎn)部件。目前正在進行研究，以確定晶粒結(jié)構(gòu)，它可以隨激光參數(shù)、建造后的熱處理和等靜壓而變化。DMLS生產(chǎn)的零件，材料特性接近于各向同性狀態(tài)。


DMLS的材料性能，抗拉強度見圖1，圖2為伸長率，圖3為硬度。


△不同金屬材料DMLS打印件抗拉強度對比

△不同金屬材料DMLS打印件伸長率對比


△不同金屬材料DMLS打印件硬度對比

選擇性激光燒結(jié)(SLS)

SLS使用熱塑性粉末，主要是聚酰胺尼龍。PA使功能部件具有更大的韌性。沖擊強度比光固化(SL)生產(chǎn)的零件高，以及耐高溫(177°C至188°C)。缺點是，SLS缺乏表面光潔度和精細(xì)度。

對SLS的直觀特性對比


△不同材料SLS打印件熱變形溫度

△不同材料SLS打印件斷裂伸長率


△不同材料SLS打印件拉伸強度


立體光固化(SL)

SL使用了光聚合物、熱固性樹脂。它提供了廣泛的材料選擇，具有較大范圍的抗拉強度、拉伸和彎曲模量，以及EBs。沖擊強度和熱變形溫度一般要低得多。

有的材料還提供了顏色的選擇和不透明度。結(jié)合良好的表面光潔度和高特征分辨率，SL可以生產(chǎn)出仿制的部件。在性能和外觀上都與注塑成型產(chǎn)品無異。光聚合物具有吸濕性和紫外線敏感性�？赡軙�隨著時間的推移，發(fā)生變形，零件的性能會有所下降。暴露在潮濕和紫外線下，光固化3D打印零件會改變外觀、尺寸和機械性能。

對于SL材料的直觀比較特性


△不同材料SL打印件熱變形


△不同材料SL打印件斷裂伸長率


△不同材料SL打印件抗拉強度

結(jié)論

橫跨金屬、熱塑性塑料和熱固性材料，3D打印提供了許多不同的材料。成功的關(guān)鍵是對差異的認(rèn)知。有了充分了解的合格的3D打印服務(wù)資源，可以填補數(shù)據(jù)的空白，這種思維方式打開了一扇大門，充分發(fā)揮3D打印技術(shù)的獨特優(yōu)勢。

最后附上這三種工藝，3D打印材料選擇流程圖。





3D打印材料選擇白皮書下載

Protolabs 3D打印材料白皮書.pdf (1.09 MB, 下載次數(shù): 849)

2021-1-31 10:47 上傳

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