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Protolabs 白皮书:如何选择正确的3D打印材料?

www.cechina.cn2021.02.05阅读 11922

  全球3D打印服务龙头Protolabs 发布了一份白皮书,介绍了如何选择正确的3D打印材料。最近,《21亿元收购互联网3D打印制造平台!Protolabs吃下3D Hubs布局全球》是截止目前互联网3D打印加工平台的最大收购案。

  材料必须配合应用,才能成功。如今,随着3D打印从功能原型设计到生产,对材料性能的要求也越来越高。3D打印比较特别,它不同于其他制造工艺,材料部件的性能和特点会大不相同。
  本白皮书介绍了三种广泛应用的工业3D打印工艺:直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光烧结(SLS)和立体光刻(SL),以及这三种工艺常用的材料性能。

  △白皮书目录材料的进步

  3D打印材料不断得到改善。技术的进步使3D打印超越模型和原型,满足测试、车间使用的功能部件和生产。
  3D打印会产生各向异性,其值不同主要是在X和Y(绘图平面)与Z方向。
  通过对3D打印工艺的专门设计,和调整打印方向、各向异性可以克服材料特性。为了达到这个目的,设计师可以利用过去项目的经验来设计。虽然成功与否取决于材料特性,但它们不是唯一的考虑因素。每种3D打印材料和建造过程也将决定一些特征,如作为最大的零件尺寸、尺寸精度、特征等。分辨率、表面粗糙度、生产时间和零件的成本。所以建议选择合适的材料,然后评估达到预期的能力和与时间、成本和质量有关的要求。
  材料选择
  一般来说,有一两个材料特性将一种3D打印材料与其他所有材料区分开来。推荐选择3D打印材料的方法是首先定义什么属性是关键。然后审查材料选项来寻找合适的。由于3D打印很不一样,所以找到一个目标是与铸件、模压件或机械加工件完美匹配材料是不明智的。
  DMLS使用纯金属粉末来生产部件。目前正在进行研究,以确定晶粒结构,它可以随激光参数、建造后的热处理和等静压而变化。DMLS生产的零件,材料特性接近于各向同性状态。

  DMLS的材料性能

  △不同金属材料DMLS打印件抗拉强度对比

  △不同金属材料DMLS打印件伸长率对比

  △不同金属材料DMLS打印件硬度对比

  选择性激光烧结(SLS)
  SLS使用热塑性粉末,主要是聚酰胺尼龙。PA使功能部件具有更大的韧性。冲击强度比光固化(SL)生产的零件高,以及耐高温(177°C至188°C)。缺点是,SLS缺乏表面光洁度和精细度。
  对SLS的直观特性对比

  △不同材料SLS打印件热变形温度

  △不同材料SLS打印件断裂伸长率

  △不同材料SLS打印件拉伸强度

  立体光固化(SL)
  SL使用了光聚合物、热固性树脂。它提供了广泛的材料选择,具有较大范围的抗拉强度、拉伸和弯曲模量,以及EBs。冲击强度和热变形温度一般要低得多。
  有的材料还提供了颜色的选择和不透明度。结合良好的表面光洁度和高特征分辨率,SL可以生产出仿制的部件。在性能和外观上都与注塑成型产品无异。光聚合物具有吸湿性和紫外线敏感性。可能会随着时间的推移,发生变形,零件的性能会有所下降。暴露在潮湿和紫外线下,光固化3D打印零件会改变外观、尺寸和机械性能。
  对于SL材料的直观比较特性

  △不同材料SL打印件热变形

  △不同材料SL打印件断裂伸长率

  △不同材料SL打印件抗拉强度

  结论
  横跨金属、热塑性塑料和热固性材料,3D打印提供了许多不同的材料。成功的关键是对差异的认知。有了充分了解的合格的3D打印服务资源,可以填补数据的空白,这种思维方式打开了一扇大门,充分发挥3D打印技术的独特优势。
  最后附上这三种工艺,3D打印材料选择流程图。