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FDM 3D打印机及其适用材料分析(二)

2 . 打印材料
        熔积成型工艺对成型材料要求包括: 熔融温度低,这一点是为了方便加热;粘度低、粘接性好,材料的粘度低、流动性好,阻力就小,有助于材料顺利挤出,材料的流动性差,需要很大的送丝压力才能挤出,会增加喷头的启停响应时间,从而影响成形精度;其次还要求材料的收缩率小,因为收缩率会直接影响到最终成型制品的质量。总的来说熔积成型的成型方式干净,易于操作,不易产生垃圾,可用于办公环境,并且选择材料合适的话不会有产生毒气和化学污染的危险,适合于家用电器、办公用品以及模具行业新产品开发,以及用于假肢、医学、医疗、大地测量、考古等基于数字成像技术的三维实体模型制造。根据熔积成型的要求归结一下目前可以用来制作线材或丝材的材料主要有石蜡、塑料、尼龙丝等低熔点材料和低熔点金属、陶瓷等。目前市场上普遍可以购买到的线材包括A B S 、P L A、人造橡胶、铸蜡和聚酯热塑性塑料等,其中A B S 和P L A 最为常用。

( 1 ) A B S 。
        A B S 是目前产量最大, 应用最广泛的聚合物, 它将P S , S A N , B S 的各种性能有机地统一起来, 兼具韧,硬,刚相均衡的优良力学、热学、电学和化学性能。A B S 三个字母分别代表丙烯腈、丁二烯、苯乙烯。A B S是一种综合性能良好的树脂,在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度, 热变形温度比P A、P V C 高, 尺寸稳定性好。A B S 塑料一般情况下是不透
明的,能通过着色而制成具有高度光泽的其它任何色泽制品,电镀级的外表可进行电镀、真空镀膜等装饰,无毒无味, 燃烧比较缓慢, 火焰的颜色呈黄色, 有黑烟,燃烧时会先软化然后烧焦,发出刺鼻的肉桂气味,不会出现熔融滴落现象。不溶于大部分醇类和烃类溶剂,而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。其流动特性属非牛顿流体, A B S 熔体的流动性比P V C 和P C 好, 但比P E 、P A 及P S 差,与P O M 和H I P S 类似。其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系,但对剪切速率更为敏感。

        A B S 有优良的力学性能, 可在极低的温度下使用,其制品被破坏一般属于拉伸破坏, 因其抗冲击性能优良。但A B S 的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。A B S 的力学性能受温度的影响较大。A B S 的热学性能相对来说也比较好, 其在- 40 ℃ 时仍能表现出一定的韧性, 可在 - 4 0 ~ 85℃的温度范围内长期使用。其热变形温度为7 0 ~ 1 0 7 ℃ ( 85 ℃ 左右), 制品经退火处理后还可提高10 ℃ 左右。对温度, 剪切速率都比较敏感;但是A B S 属于无定形聚合物, 没有明显的熔点; 熔体粘度较高, 流动性差, 耐候性较差, 紫外线可使变色。A B S 的电绝缘性较好, 不受环境温度、湿度和频率的影响, 可在大多数环境下使用。A B S 的化学性能表现在不受水、无机盐、碱醇类和烃类溶剂及多种酸的影响,但可溶于酮类、醛类及氯代烃,受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。

        A B S 可根据不同的形式进行分类:根据冲击强度可分为:超高抗冲型、高抗冲击型、中抗冲型等品种;根据成型加工工艺的差异,又可分为:注射、挤出、压延、真空、吹塑等品种;依据用途和性能的特点,还可分为:通用级、耐热级、电镀级、阻燃级、透明级、抗静电、挤出板材级、管材级等品种。

( 2 ) P L A ( 聚乳酸)
        饱含淀粉质的玉米经过现代生物技术可生产出无色透明的液体— 乳酸,再经过特殊的聚合反应过程生成颗粒状高分子材料— 聚乳酸( P L A )。P L A 是一种新型的生物降解材料,相对A B S 来说属于一种环保材料,对人的身体没有什么伤害,它是一种使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。其机械性能及物理性能良好,适用于吹塑、热塑等各种加工方法。相容性与可降解性良好,在医药领域应用也非常广泛,如可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线等,低分子P L A 作药物缓释包装剂等, 加工方便, 应用十分广泛。可广泛应用于工程材料、包装材料、日用器具、农用地膜、家具板材等。

        P L A 除了有生物可降解塑料的基本特性外,还具备有自己独特的特性。传统生物可降解塑料的强度、透明度及对气候变化的抵抗能力皆不如一般塑料。P L A 和石化合成塑料的基本物性类似,也就是说,它可以广泛地用来制造各种应用产品。P L A 也拥有良好的光泽性和透明度,和利用聚苯乙烯所制的薄膜相当,是其它生物可降解产品无法提供的。P L A 具有最良好的抗拉强度及延展度,可以用各种普通加工方式生产,例如:熔化挤出成型,注射成型,吹膜成型,发泡成型及真空成型, 与目前广泛所使用的P L A 有类似的成形条件, 此外它也具有与传统薄膜相同的印刷性能。

(3)打印A B S 材料与打印P L A 聚乳酸区別
        如何判断材料是P L A 还是A B S ? 从表面上很难判断, 对比观察A B S 呈亚光, 而P L A 很光亮。加热到1 9 5 ℃ , P L A 可以顺畅挤出, A B S 不可以。加热到2 2 0 ℃ , A B S 可以顺畅挤出, P L A 会出现鼓起的气泡,甚至被碳化,碳化会堵住喷嘴,非常危险。性能上肯定A B S 要好得多, 但是P L A 是可生物降解塑料, 是被认可的环保材料。打印P L A 时气味为棉花糖气味, 不像A B S 那样有刺鼻的不良气味。生产使用中的区别如下: P L A 可以在没有加热床情况下打印大型零件模型而边角不会翘起, A B S 在打印大型的零件模型时会出现翘边; P L A 加工温度是2 0 0 ℃ , A B S在2 20 ℃ 以上; P L A 具有较低的收缩率, 即使打印较大尺寸的模型时也表现良好, A B S 在打印大型的零件模型时会出现开裂的情况,导致零件报废的情况严重;

        P L A 具有较低的熔体强度, 打印模型更容易塑形, 表面光泽性优异, 色彩艳丽; P L A 是晶体, A B S 是一种非晶体。当你加热A B S 时, 会慢慢转换凝胶液体, 不经过状态改变。P L A 像冰冻的水一样, 直接从固体到液体。因为没有相变, A B S 不吸收喷嘴的热能。部分PLA,使喷嘴堵塞的风险更大。

        在3 D 的打印技术中,F D M 的机械结构最简单,设计也最容易,制造成本、维护成本和材料成本最低,因此成为国内投入生产最多的工艺方式。它主要以A B S和P L A 为打印材料,这两种材料成本低,打印适性好,很快成为3 D 打印材料市场的主流。相信随着3 D 打印工艺和材料的不断研发,技术会更先进、品种和成本会更有优势, 3 D 打印技术对工业制造业的革命性变革影响正在日益凸显。

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