由Jon Eric Van Roekel，Protolabs
3D打印技术的进步已经使其成为一种经过验证的、工业级的最终用途部件制造实践，从而形成了产品设计。在Protolabs，我们亲眼目睹了这种发展，因为客户正在利用新的增材制造(AM)工艺，并扩大材料选择，以制造更复杂、更轻量化或更可持续的产品。
我们正处于制造业的一个激动人心的时期。虽然我们是一个不断发展的行业，但并不是每天都有像3D打印这样的新兴实践，让以前不可能的事情变成可能。
然而，将增材制造(AM)集成到产品设计过程中并非没有一些权衡。许多人需要克服的一个共同的决策点是选择正确的材料，这是一个评估步骤，在3D打印实践中更加复杂。或者至少需要一些新的考虑。
为了达到设计目标，材料必须非常适合应用程序。当我们看到3D打印作为一种最终用途零件生产的制造方法出现时，任何材料的特性都变得越来越重要。尽管如此，AM从最近的投资和研发努力中受益匪浅，致力于为工业级3D打印机专门设计材料。在机械和物理性能方面，材料的选择取决于设计的优先级和期望的质量要求。
与传统制造实践相比，3D打印材料仍在推进，包括丰富的绩效数据，这些数据在一系列条件下表征材料。需要考虑的另一个因素是3D打印产生各向异性特性，其中值对于X，Y和Z轴而不同。各向异性程度因技术而异，但应该始终是考虑因素。两者都可以通过设计添加剂制造和利用知识渊博的服务局的经验来克服，这些服务局在数百万份上工作。
用3D打印材料考虑什么
一种或两种材料特性可以区分一种添加剂材料与另一种添加剂材料。确定材料的第一步是确定对应用至关重要的机械和物理特性。设计师感兴趣的常见测量属性包括:
•极限抗拉强度(UTS):材料在断裂前所能承受的最大应力。
•拉伸模量或弹性模量:测量刚度，模量越高，材料越硬。
•伸长率(%):测量伸长率，较高的伸长率表明材料更有可能拉伸或伸长成细丝形状。
•硬度:数值越高，材料越坚硬。硬度通常用洛氏硬度计的HRC或HRB来测量和报告。对于聚合物，如PolyJet材料，硬度计是典型的报告。
•热偏转温度（HDT）：有时称为热失真温度，当刚性材料放置在特定负载下时发生变形的温度。
以下是在选择最流行的3D打印工艺材料时需要考虑的信息:直接金属激光烧结(DMLS)、立体光刻(SLA)、碳DLS、选择性激光烧结(SLS)、多喷射聚变(MJF)和PolyJet (PJ)。
直接金属激光烧结（DMLS）材料
DMLS是一种金属3D打印，使用纯金属粉末生产的零件在热处理条件下的性能通常可以与变形金属相媲美。在3D打印的独特之处是，它还生产出材料属性接近各向同性状态的部件，这意味着类似的属性独立于测量方向。
一些常用的材料要考虑:
•铝AlSi10Mg可与360.0F铝合金相媲美，通常用于压铸。该材料具有良好的强度重量比，耐高温和耐腐蚀，以及良好的疲劳、蠕变和断裂强度。
•不锈钢在Protolabs的两种等级可用：17-4 pH和316L。选择17-4 pH（沉淀硬化），其显着较高的拉伸强度和屈服强度，但识别出在316L中处于突破的伸长率较小，这意味着17-4较低的延长率小于316L。
立体光刻(SLA)和碳DLS材料
SLA提供了最广泛的选择3d打印塑料与大范围的机械性能。这也是一个必要的过程，零件需要精细的特征和化妆品，以及高质量的表面光洁度。与注射成型塑料相比，冲击强度通常较低，而且随着时间的推移，暴露在潮湿和紫外线下可能会改变sla打印部件的外观、尺寸和机械性能。
一些常用的通用材料需要考虑：
•类abs白色和类abs灰色是两种更广泛使用的耐用SLA材料。在柔韧性和强度方面，这两种材料介于成型聚丙烯和成型ABS之间，这使得它们成为功能原型的容易选择。
陶瓷类高级高温(PerFORM)是一种坚硬的材料选择，在HDT(热变形)是关键时，它优于类似的注塑热塑性塑料。
RPU 70硬质聚氨酯是一种坚韧的万能材料。如果使用Carbon DLS制造，则可以归类为类似abs的材料。由于碳DLS的后热烘烤工艺，材料的力学性能得到了提高。
选择性激光烧结(SLS)和多喷射聚变(MJF)材料
主要使用聚酰胺尼龙材料，两种方法提供最经济的选择，与SLA相比，通常具有更大的韧性和高冲击强度。SLS / MJF部件的密度也更接近传统制造的部件;然而，这两个过程缺乏提供用SLA提供的表面光洁度和精细特征细节的能力。与注塑材料相比，聚酰胺具有类似的HDT值，但机械性能较低。当在X-Y平面或Z平面中测量时，SLS / MJF材料特性也具有已知程度的各向异性。
考虑一些耐用材料:
尼龙pa11黑色是一种流行的、通用的材料，在不牺牲抗拉强度和耐温性的情况下提供延展性和柔韧性。它还提供所有AM尼龙中最高的伸长率。一个更硬的选择是pa12白色，它的特点是稍高的弹性模量。这些PA尼龙可以是矿物或玻璃填充的，以进一步提高硬度。
PolyJet（PJ）材料
PJ印刷工艺生产的数字光聚合物零件具有不同的灵活性、硬度和颜色。与注射成型的液体硅橡胶(LSR)相比，数字光聚合物的力学性能相似，但有一个重要的区别:与等效的LSR材料相比，数字光聚合物表现出更多的粘弹性蠕变，这意味着在恒定应力下，它可能会随着时间的推移感到更柔软。
总而言之，如今在所有流程中都可以获得丰富的3D打印材料，这使得增材制造比以往任何时候都更容易获得，而且材料库也在不断扩大。随着越来越多的公司转向增材制造生产部件，这个生态系统也在更好地定义每种材料的能力和开发机会。
Jon Eric Van Roekel是一家3D打印公司的过程工程经理Protolabs.．
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