3D打印材料发展史
时间:2014-05-07 11:17 来源:未知 作者:中国3d打印网 点击:次
3D打印技术的兴起和发展，离不开3D打印材料的发展。正如前面所述，3D打印有多种技术种类，如SLS、SLA和FDM等等，每种打印技术的打印材料都是不一样的，比如SLS常用的打印材料是金属粉末，而SLA通常用光敏树脂，FDM采用的材料比较广泛如ABS塑料、PLA塑料等等。 当然，不同的打印材料是针对不同的应用的，目前3D打印材料还在丰富中，材料的丰富和发展也是3D技术能够普及、能够带来所谓“第三次工业革命”的关键。 3D打印行业是一个集产品销售、材料销售和服务销售一体的行业，本身的商业模式具有可持续的特征，这就意味着用户在购买3D打印机之后，还需要持续购买打印材料，这一点和打印机市场非常相似。目前，用户购买了3D打印机之后，只能在同一个厂商购买材料。虽然现在这个束缚已经逐渐消除，尤其在消费级3D打印机领域，FDM的材料基本标准化了，但是在工业级3D打印机领域打印耗材和厂商还是强关联的。 根据业内领先的厂商的报告，目前3D打印的材料已经超过了200种。从直接数字制造（DDM）角度来看，200多种材料还是非常有限的，因为现实中产品非常多，生产材料以及其组合也是纷繁复杂的。这些材料我们不可能一一解读，但是把这些材料归类之后，也不外乎石化产品类、生物类产品、金属类产品、甚至是石灰混凝土产品这样几大类，我们在这里和3D打印的应用介绍一样，进行归类介绍。具体的名词和材料特性不是重点，重点介绍这些材料在3D打印的特点和应用。 ABS 塑料类ABS可以说是FDM最常用的打印材料，目前有多种颜色可以选择，是消费级3D打印机用户最喜爱的打印材料，比如打印“乐高”类型的很多玩具，制作很多创意家居饰件等。ABS材料通常是细丝盘装，通过3D打印喷嘴加热熔解打印。由于喷嘴喷出之后需要立即凝固，喷嘴加热的温度控制在ABS材料热熔点高出1°C到2°C，不同的ABS由于熔点不同，对于不能调节温度的喷嘴，是不能通配的。这也是为什么最好在原厂商购买打印材料的原因。
图 多种颜色的ABS打印材料 PLA塑料类PLA塑料熔丝可以说是另外一个非常常用的打印材料，尤其是对于消费级3D打印机来说， PLA可以降解，是一种环保的材料。PLA一般情况下不需要加热床，这一点不像ABS，所以PLA容易使用，而且更加适合低端的3D打印机。PLA有多重颜色可以选择而且还有半透明的红、兰、绿以及全透明的材料。和ABS同样的原因，PLA的通用性也有待提高。
图 Ultimaker的多种颜色的PLA材料。 亚力克 Acrylic类材料亚力克（有机玻璃）材料表面光洁度好，可以打印出透明和半透明的产品，目前利用亚力克材质，可以打出牙齿模型用于牙齿矫正的治疗。
图 Stratasys公司利用亚力克材料打出的医用牙模（Objet打印机）
图 利用亚力克材质打印出来的样品
尼龙铝粉材料（Alumide）这种材料在尼龙的粉末中参杂了铝粉，利用SLS技术进行打印，其成品就有金属光泽，经常用于装饰品和首饰的创意产品的打印中。
图 Shapeways提供Alumide材料打印样式
陶瓷——Ceramic陶瓷粉末采用SLS进行烧结，上釉陶瓷产品可以用来盛食物，很多人用陶瓷来打印个性化的杯子，当然3D打印并不能完成陶瓷的高温烧制，这道手续现在需要在打印完成之后进行高温烧制。
图 3D打印出来的创意陶瓷水杯
树脂——Resin树脂是SLA——Stereolithography光固化成型的重要原料，其变化种类很多，有透明的、半固体状的，可以制作中间设计过程模型，由于其成型精度比FDM高，可以作为生物模型或医用模型。
图 用树脂成型的远古人类头骨
玻璃——Glass真正的玻璃目前正在试验当中，玻璃粉末采用SLS技术进行打印，玻璃材质的变化种类就像树脂和聚丙乙烯一样多。
不锈钢——Stainless Steel不锈钢坚硬，而且有很强的牢固度。不锈钢粉末采用SLS技术进行3D烧结，可以选用银色、古铜色以及白色的颜色。不锈钢可以制作模型、现代艺术品以及很多功能性和装饰性的用品。
图 Shapeways打印服务网站的不锈钢物件展示
其他金属——银、金和钛金属这些金属材料都是采用SLS的粉末烧结，金银可以打印饰品，而钛金属是高端3D打印机经常用的材料，用来打印航空飞行器上的构件。
图 i.materialise 3D服务网站上的黄金材质打印饰件
彩色打印和其他材质彩色打印有两种情况，一种是两种或多种颜色的相同或不同的材料从各自的喷嘴中挤出，最常用的是消费级的FDM 双喷嘴的打印机，通过两种或多种材料的组合来形成有限的色彩组合。另外一种是采用喷墨打印机的原理，通过不同的染色剂的组合，和粘黏剂混合注入打印材料粉末中进行凝固，理论上这种技术可以打印出“真彩”的3D物品。打印材料通常选择为树脂、聚丙乙烯或ABS。“全彩”打印技术最成熟的是3D system公司，其次是以色列的Objet公司（已经与美国Stratasys公司合拼）。
图 全彩色3D打 印的地理模型
其他的打印材质包括了水泥、岩石、纸张、甚至是盐，目前都是少量的研究应用。比如用混凝土来打印房子，目前荷兰有公司已经开始进行研制了，初步实验可以打印出来小的模型或预制件，也有人研究用木板或者纸张来打印家具，尤其是纸张可以利用回收的报纸，是很有前景的。
图 Kai Parthy发明的Laybrick，类似于混凝土的坚硬材料
我们已经大致介绍了目前3D打印常用、能够使用的材料，3D打印的材料还在不断的发展，比如以色列Objet公司生产消费级和工业级的多款打印机，但是Objet公司更加重视在打印材料上面的研发，每年针对不同的行业推出相应的打印材料，比如医学使用的材料。另外我们应该认识到的是3D打印材料均是新开发和定制的，专用于3D打印的，不论是FDM还是SLA或SLS技术，其对材料的要求都很高，而且现在3D打印的材料价格还是比较贵的。材料的通用性是有待解决的问题，Objet每年推出好几款新材料，但是都只能应用在Objet自产的打印机上面，材料通用性目前在消费级打印机上面有所突破，但是工业级以及高端打印机的材料还是专属的。 最后，我们对比一下各种不同材质打印的效果，同时参考一下在3D打印服务网站www.shapeways.com上面各种材料来打印的价格（反应了材料的价格对比，但不是材料的价格，其中包含了服务费用）。
图 Shapeways网站上，各种材料打印效果和价格对比 (责任编辑：admin) |
