熔融沉积建模（FDM）是目前使用最广泛的3D打印成型工艺，其关键优势是能够生产形状和几何模型非常复杂的一体化零件，并在航空航天、生物医学等方面广泛应用。FDM是将热塑性聚合物丝材在喷嘴内加热融化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时挤压沉积到运动的工作台上，利用高温自黏结性逐层堆积成型。丝材在熔融堆积过程中，由于体积收缩产生的内应力会引起原型底部的翘曲变形或在原型内部引起分层，严重影响了制件的尺寸精度，是当今快速成型技术领域迫切需要解决的问题之一。

太原理工大学机械与运载工程学院的研究团队以目前使用最广泛的PLA为3D打印材料，通过建立翘曲变形的数学模型分析影响零件底部翘曲的影响因素，并基于L25(56)正交试验，研究了FDM过程中分层厚度、喷嘴温度、托板温度和填充率及层数和断面长度对零件底部翘曲变形的影响，最后对结果进行了极差分析、方差分析和单因素指标分析，确定了每个指标最佳的3D打印参数，为FDM制件的质量工艺控制提供了理论依据和应用指导。

相关论文以《3D打印零件的尺寸精度及控制》为题，发表在《中国塑料》期刊。

论文链接：

http://html.journal.founderss.cn/KXYS/6878/82221/?showGoogle=0&showBaidu=1&hideFootnote=0

 01 FDM理论分析模型

丝材在熔融堆积成型的过程中，会经历固体—熔融体—固体三相的变化，聚合物丝材温度会快速加热和冷却，导致内应力不均匀变化，从而引起零件翘曲变形，故打印层间的应力⁃应变是导致翘曲变形的根本原因。

1.1 模型基本假设

对FDM成型过程中内应力的产生和翘曲变形进行数学分析，需做一些合理的假设。基本假设如下：（1）半熔融态丝材从熔融温度(Tm,℃)冷却到玻璃化转变温度(Tg,℃)的过程中，热塑性丝材受到较小的外力就会发生较大的变形，抵抗外力的能力很小，因此在这一过程中并没有内应力聚集，内应力主要在玻璃化温度到成型室温度(Te)的过程中产生，如图1所示。（2）将每个成型层看作是均质层，且认为成型层内的丝材是瞬间堆积成型；假设每个堆积层面是由断面为方形的半熔融丝材按“之”字形堆积成的，各层紧密无孔隙，无相对位移。（3）高温挤出的丝材瞬时就冷却到玻璃化温度以下，且成型部分温度、托板温度与环境温度一致。

图1 丝材沉积成型原理

1.2 翘曲变形数学模型

如假设（1），由于新沉积层不完全收缩产生的内应力发生在Tg冷却到Te的过程中，在此过程中内应力由3部分组成：新堆积层自由收缩产生的层间应力（δ1，mm），已成型部分翘曲变形产生的弯曲应力(δ2,mm)；施加在已成型部分的应力(δ3,mm),见式(1)~(2)，式(1)中 α——丝材线膨胀系数，1 mm/℃；E——热变形阶段的弹性模量，MPa；ΔT——热变形温差，℃。

式(2)中R——翘曲变形的翘曲半径，mm；D——弯曲变形中性层到挤出嘴的距离，mm。

总内应力（δ，mm）=δ1+δ2+δ3；即得式（3），式中 ΔT——阶跃函数；s——已成型高度，mm；Z——变形的中性层到挤出口距离，mm；h——原型高度，mm。

根据成型后的零件内应力和为零，且内应力对成型原点的合力矩也为零，积分见式（4）~（5）：

方程中包含了R、D、δ3 3个未知参数，通过参数合并将未知数合并为2个。令δ*=δ3−ED/R，则式（4）~（5）可简化为式（6）~（7）：

积分区间分为2部分，当0≤Z≤s时，ΔT=0；当s≤Z≤h时，ΔT=Tg−Te；联立上述方程组得到式（8）：

此为新堆积层为1层时的变形率，对于熔融沉积成型，h和s之差就是堆积层厚Δh。当层数为n的堆积层有s/h=（n-1）/n，令Δh=h−s，则上式可简化为式（9）：

又有翘曲变形率（K）=1/R，故K=6αΔT(n−1)/n3Δh。

此外，翘曲半径、最大翘曲变形量与原型的断面长度相关，如图2所示。根据图2可知零件的最大翘曲变形量（δ，mm）与零件的翘曲半径（R，mm）和线性长度（L，mm）几何关系为Rsin θ=L/2，cos θ=R−δ/R，化简得到式（10）：

图2 最大翘曲变形量与翘曲半径的关系

根据余弦函数的泰勒展开式得式（11）：

当L≪2R时，高次项可以忽略；联立式（10）、（11）得δ为式（12）：

通过上述分析发现影响零件翘曲变形的因素主要有加工材料和工艺两方面的因素。具体为材料的线性收缩率、堆积断面长度、Tg等参数，以及工艺方面的堆积层数、Te以及堆积层层厚等。

 02 试验验证与结果分析

上一节通过建立FDM翘曲变形的数学模型分析了影响PLA制件翘曲变形的因素，由于上述分析模型为理想化模型与实际成型中还存在一定的差别。故有必要通过实验验证翘曲变形数学模型的可行性且进一步探究实际成型过程中FDM的最优参数组合。

2.1 试验设备及材料

本次试验采用的是东莞宏盛达三维科技有限公司生产的“兰度”牌专用3D打印耗材PLA，材料熔点为190~220 ℃，直径为1.75mm，Tg为58 ℃，其密度为1 290 kg/m3 。实验使用的打印设备是深圳市大昆三维科技有限公司的D160MAX 3D打印机，如图3所示，喷嘴直径为0.4mm,打印精度在0.05~0.2mm之间。

图3 3D打印机

2.2 实验样件制备与正交实验设计

利用solidworks软件设计3D打印零件如图4所示，其中总长为150 mm，长度为115mm，边缘宽度为20mm，中部平行段宽度为10mm ，圆角为70mm ，厚度为10mm。

图4 打印模型形状和尺寸

根据式（12），影响翘曲变形的参数主要有分层高度（A），喷嘴温度（B），热床温度（C），和填充率（D），堆积层数（E）和断面长度（F），因此将其作为正交试验的水平因素其中线填充率是考察因素。根据前期调研的结果确定参数的合理取值范围，并制作如表1所示的正交试验因素水平表。为了在后续的函数拟合中得到更精确的拟合曲线，水平数选为5，采用L25(56)的标准正交试验确定最佳工艺参数组合。

表1 正交实验因素和水平

本次试验根据上表给出的实验条件打印样件模型。打印结束后，所有样件都在室温中静置5 h，待其自然冷却到稳定状态后，采用精度为0.02 mm mm的游标卡尺分别测量零件4个角点和每条边线的中点处的最大翘曲变形量。测定方法是将样件置于水平平台上，测量从表面到底面的最大厚度，然后减去塑件的基本厚度即为翘曲量。为保证测量的准确性，每个点测量3次，对3次的测量值取平均值，取测量的最大值作为分析的平均值，为保证准确性，最后一位小数为估计值。

2.3 结果与讨论

由正交实验结果可知，翘曲变形量最小值为0.402 mm。因此在所进行的25组实验中，参数最优组合为A3B3C5D2E4F1，即分层高度为0.2 mm ，喷嘴温度为210 ℃，托板温度为55 ℃，填充率为40 %，堆积层数为25，断面长度为20 mm 。由于正交实验只是做了全面实验的部分实验，在确定上述实验的最优组合中并没有考虑剩余实验的结果，所以需要对实验数据进行理论分析，并确定上述最优组合是否就是试验的最优组合。

2.3.1 极差分析

极差值描述了各因素对零件翘曲变形量的大小，因素的极差值越大，表示在测量范围内该因素对测量指标的影响值越大。对试验数据进行极差分析，结果见表2。表中kiki表示某一因素在i（i=1，2，3）水平时的翘曲变形量算数平均值，可以判断因素的最优水平和各不同因素在i水平的最优组合。

表2 极差分析

由表2的分析结果可知，在试验取值范围内可以确定各因素水平对指标影响的主次顺序，对翘曲变形的影响程度从大到小依次为：分层高度、堆积层数、喷嘴温度、断面长度、填充密度、托板温度。其中分层高度和堆积层数对翘曲变形的影响程度较大。同时可以看出，原型的堆积层数是一个重要的影响因素，层数越多翘曲变形量越小，由于在实际成型中制件底层是易发生翘曲的区域，故在加工工艺中可根据零件尺寸适当增加底层层数从而降低制件翘曲变形量。翘曲变形量最优参数组合是A3B3C5D2E4F1，这与试验结果一致。

2.3.2 方差分析

由于在试验过程中试验水平因素引起的数据波动极差分析并不能直观地体现出来，而且不能估计在试验过程中或试验结果中误差的大小。而方差分析可以评价各因素对试验结果影响的显著性，假设误差来源是填充率。采用方差分析来研究各因素对翘曲变形量影响的显著性。表3为方差分析的结果。

表3 方差分析

从上表可以看出，在上述试验条件下，分层高度、喷嘴温度、托板温度、堆积层数、断面长度5个因素的P值分别为0.351、0.495、0.644、0.449、0.445。取显著性水平α=0.05，由于P值均大于0.05，故各因素对翘曲变形的影响都不显著。由表3中F值可知因素对底部翘曲影响的主次顺序分别是分层高度>堆积层数>喷嘴温度>断面长度>填充率>托板温度。这与极差分析结果一致。

2.3.3 单因素试验结果分析

（1）分层高度对翘曲变形的影响。分层高度即打印每层的垂直尺寸，对零件翘曲量的影响如图5所示。由式（12）理论分析知随着层厚的增加翘曲变形量减小，与曲线前半段很好地对应。在实验范围内，随着分层高度的增加，零件的翘曲量呈先降低后增加的趋势。这是因为在熔融沉积过程中，当分层高度小于喷嘴的直径时，喷嘴对打印物施加轻微的压力，当材料经过喷嘴到打印平台之后，挤压力消失，于是材料内部应力会恢复。因此会出现翘曲变形，分层高度越小，这种压力会越大，所以翘曲变形也就越大。但是随着层高的增加，挤压力虽然变小，但是增加了新增层的冷却时间，新增层底部和顶部的温差会使得材料收缩不均匀，导致样件的翘曲变形量增加，打印质量和精度变差。故在实际应用打印高度设置在0.18~0.22之间比较合适。

图5 分层高度对翘曲变形的影响

（2）喷嘴温度对翘曲变形量的影响。喷嘴温度对零件翘曲变形的影响如图6所示。由式（12）理论分析可知随着热变形温差的增加翘曲变形量增大。然而在实际成型过程中随着喷嘴温度的增加，零件的翘曲变形量呈先减小后增加的趋势。在210 ℃附近时翘曲变形量较小。这是因为喷嘴温度过低时，丝材熔融不完全，挤出不连续，导致材料的挤压力增大，挤出速度降低，内应力增大。当喷嘴的温度较高时，使得喷嘴挤出的材料偏于液态，降低了材料的黏度，同时会破坏材料的分子结构，增加了挤出过程的控制难度，影响成型件的成型质量。因此在实际成型过程中，喷嘴的温度不能过高也不能过低，在205~215 ℃范围内翘曲变形量最小，质量最佳。

图6 喷嘴温度对翘曲变形的影响

（3）托板温度对翘曲变形的影响。托板温度对翘曲变形的影响如图7所示。这是因为托板温度反应环境温度，当托板温度小于材料的Tg时，随着托板温度与材料熔融温差的缩小，翘曲变形呈近似的线性递减规律变化，这与理论分析模型一致。但是随着托板温度的升高，翘曲变形量不会一直减小。因为随着托板温度的升高，当托板温度大于材料的Tg时，到达托板的材料不能充分凝固，处于高弹态，对新成型层的收缩约束较弱，从而会导致更大的翘曲变形。故在PLA丝材的成型过程中，一般托板温度取50 ℃。

图7 托板温度对翘曲变形的影响

（4）填充密度对翘曲变形的影响。填充密度对翘曲变形的影响如图8所示。由图可知在试验范围内，随着填充密度的增加，零件的翘曲变形量呈先增加后减小的趋势。填充密度较小时，内部支撑较弱，使得外壁冷却收缩时受到内部限制的作用力较小，翘曲变形量较小。随着填充密度的增加，由于材料的层间堆积过程不同步，导致各层体积收缩不同，进而由于内应力不等而产生的翘曲变形量增大。当填充率达到100 %时，模型即为实心模型，虽然可以使样件稳定性增加，翘曲变形量减小，但是喷头就得花过多的时间打印零件的内部结构，耗时耗材，得不偿失。

图8 填充率对翘曲变形的影响

（5）堆积层数对翘曲变形的影响。从图9中可以看出，随着堆积层数的增加，原型的翘曲变形量呈下降趋势，这一结果与之前关于堆积层数的数学模型相吻合。但随着堆积层数的增加，下降速率逐渐减小，且增大底层成型层数将增加耗材使用量、增大成型时间。故对于成型小型零件时，选择合理堆积层数增加或根据零件尺寸设置底层，可以最大限度地减小模型的翘曲变形量。综合图9分析得出实际成型过程中取底层填充层数25层为宜。

图9 堆积层数对翘曲变形量的影响

（6）断面长度对翘曲变形的影响。断面长度对翘曲变形的影响如图10所示。当断面长度为20mm时翘曲变形量最小。形量呈正相关，整体上看，与实验结果完全一致。从图中可以看出，随着断面长度的增加原型翘曲变形量也在增加，但是单位长度线性翘曲量随之减小。因此在堆积成型过程由于制件尺寸一定故应尽量缩短丝材长度的堆积或选择合理的摆放方向以降低成型方向的断面长度。

图10 断面长度对翘曲变形量的影响

根据翘曲变形数学模型总结得出了影响制件底部翘曲的主要因素，通过标准正交实验探究得出了FDM各工艺参数对翘曲变形量影响的主次关系及实验最优组合参数。不考虑外观品质等其他因素，参数优化后的模型与标准模式下打印的模型对比如图11所示，其中图11（a）为标准模式打印下制件两端的翘曲变形，底部翘曲变形较大。图11（b）为参数优化后制件的两端，可以看出底部翘曲变形基本消失。通过试验结果可知优化工艺参数为：分层高度为0.2 mm，打印温度为210 ℃，托板温度为55 ℃，填充密度为40 %，堆积层数为25层，断面长度为20 mm可大大减小零件的翘曲变形，验证说明了正交优化分析结论的可行性。

图11 参数优化前后模型对比

 03 结论

（1）通过建立FDM过程中翘曲变形的数学模型，采用正交试验利用PLA材料探究了对翘曲变形影响的主次顺序是分层高度>堆积层数>喷嘴温度>断面长度>填充密度>托板温度；

（2）根据翘曲变形模型，确定了最优工艺参数组合，即分层高度为0.2 mm，喷嘴温度为210 ℃，托板温度为55 ℃，填充率为40%，底层堆积层数25层，断面长度为20mm；且随着堆积层数的增加和断面长度的减小，翘曲变形量为减小趋势；

（3）制件的翘曲变形主要发生在初始加工的面，故3D打印过程中在托板上涂一层专用胶水可以增加打印件与托板的附着力，降低底部的翘曲变形量；由于堆积层数增加翘曲变形量减小，故设置底层可有效减少制件的翘曲变形；制件的堆积长度越大翘曲变形量越大，应尽量避免制作大长度、薄壁的零件。

来源 l 中国塑料

论文引用信息：

高海亮,胡程,周宇强等.3D打印零件的尺寸精度及控制[J].中国塑料,2023,37(08):79-85.GAO Hailiang,HU Cheng,ZHOU Yuqiang,et al.Dimensional accuracy and control of 3D printed parts[J].CHINA PLASTICS,2023,37(08):79-85.

DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.011

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增材制造-3D打印技术，为制造企业提供了无模具快速实现生产、制造复杂部件的能力，是全球制造企业应对供应链及设计创新挑战，推动全新制造格局的驱动力量之一。

其中，基于材料挤出工艺的FFF/FDM 3D打印技术是最早走入公众视野的3D打印技术之一。不过，正如同样是船，也有一叶轻舟和航空母舰之分。FFF/FDM 3D打印技术也由于所面向的应用群体不同，存在着不同市场定位。其中，面向工业制造应用的FFF/FDM 3D打印技术，尤其是面向制造高性能材料的技术极具挑战和难度。

近年来，FFF/FDM 3D打印领域呈现的显著趋势包括在高性能工程塑料增材制造领域的快速发展；突破快速原型应用，进入到了终端零部件的小批量生产领域。这些趋势均指向了更加广阔的工业制造应用。将这一看似入门级的3D打印技术，推向到工业制造应用，无疑对该领域的3D打印企业提出了极高挑战。

INTAMSYS 远铸智能致力于FFF/FDM 3D打印技术的工业级应用，尤其是其围绕着高性能材料的工业制造应用进行了多方面的技术优化。国际市场上，远铸智能已与空客等多家著名制造业企业开展了合作，并获得了来自制造业用户端的保时捷资本的战略投资。

那么，作为一个赢得工业制造用户端信任的品牌，远铸智能的工业级3D打印设备具有哪些特点？其设备在工业制造领域获得了怎样的应用？本期，3D科学谷将结合远铸智能工业级大尺寸FUNMAT PRO 610HT 3D打印设备进行透视。

 应对大尺寸高性能材料的3D打印挑战

高性能热塑性塑料，如PEEK、PEI、PPSU，由于其优异的机械强度、尺寸稳定性和耐化学性，被广泛应用于航空航天、汽车和生物医学领域，特别是半结晶材料，比如PEEK。然而，由于这些高性能热塑性塑料自身半结晶的特性，并且对加工温度有一定的要求，想要成功3D打印则需要面临一些挑战，比如层间结合强度弱、打印件翘曲以及需要进行复杂的后处理程序。

l 先进的热设计

FUNMAT PRO 610HT 配备高达500°C的全金属双喷头，可打印FFF 3D打印领域中几乎所有高性能材料。但仅凭高温组件是不足以支撑大尺寸打印，另一个工业级打印关键挑战是大尺寸部件在打印过程中的变形翘曲开裂现象。

FUNMAT PRO 610HT 设备金属双喷嘴

基于远铸智能 FUNMAT HT平台成熟的运行经验，FUNMAT PRO 610HT增强了腔室热设计，300℃恒温腔室可以满足打印件温度的均匀性，从而能够很好的解决变形翘曲开裂的问题。同时，高温恒温腔室也实现了打印与后处理的一体化，打印件可以更好的成型，并具备较高的机械强度和较低的内应力。

为了确保模型打印的成功率和优化设备维护时间，FUNMAT PRO 610HT 的液冷系统可显著解决丝材打印堵头问题，延长打印机的寿命和提高大尺寸打印件质量。

l  多样化的热塑性材料

FUNMAT PRO 610HT 3D打印设备能够打印市场上最高性能的工程塑料，包括PEEK、ULTEM™(PEI)和PPSU。除了高性能工程塑料，FUNMAT PRO 610HT 设备同样适用于多种工程塑料和纤维增强复合材料的增材制造。

FUNMAT PRO 610HT 设备可打印高性能工程塑料及多种工程塑料和纤维增强复合材料

FUNMAT PRO 610HT设备特别针对高性能材料的3D打印进行了优化。高性能对耗材干燥程度要求非常高，因此FUNMAT PRO 610HT有针对性的配备了耗材主动干燥系统，腔室温度300度可以满足几乎所有的高性能热塑性高分子材料打印温度的要求。

工业级智能双喷头设计可处理多种复杂结构，可升降双喷头能够避免打印过程中对打印件的刮擦。FUNMAT PRO 610HT的打印喷嘴还具备自动清洁、堵头智能检测、喷头智能校准的设计。专用合金喷嘴具有硬度高、耐磨性好，可打印纤维增强材料，使用寿命远高于常规喷嘴；模块化结构便于更换或维护。

l  健康和安全

远铸智能始终重视用户在操作机器时健康和安全的环境。日益严格的环保要求正在进一步限制传统喷漆、粉尘操作、注塑等方法的使用地点和范围。而使用FUNMAT PRO 610HT生产工业级部件，减少工业用户对环保方面的担忧和问题。

FUNMAT PRO 610HT打印在设计过程中，充分考虑用户端的生产环境，配备了安全锁和安全PLC，达到了CE MD法规的D级标准（对各类极偶发类伤害性保护充分），远远超过普通工业3D打印设备具备的B级防护等级。同时，EMC/LVD/RED等均符合欧洲CE或相同等级的认证要求。

 工业级、大尺寸增材制造应用

l  大尺寸一次成型成为可能

随着FFF/FDM打印技术在各行业应用的不断深入，其在轻量化设计、低成本、快速交付等方面的显著优势，让3D打印技术在终端部件生产、工装夹具等方面的应用范围越来越广。与此同时，工业级别生产对材料性能、可打印尺寸、打印效率也提出了越来越高的要求。

传统FFF/FDM 3D打印设备的成型尺寸普遍在400x400x400mm以下，远铸智能FUNMAT PRO 610HT 设备可以打印尺寸高达610*508*508mm，成型尺寸能够满足打印大尺寸零件或多个相对较小尺寸零件的生产需求。

要实现高效率的大尺寸打印，在驱动和传动系统上，需要着重解决电机转速、定位精度等关键挑战。FUNMAT PRO 610HT 在XYZ三向运动机构上均采用伺服控制系统，具有机电时间常数小、线性度高等特性，可使控制速度，位置精度非常准确；传动系统采用高精度丝杠导轨结构，具有传动效率高、轴向刚度高、精度高等特点。更精确的定位控制使大尺寸一次成型更加细腻，充分满足工业级别对于生产制造的高精度要求。

远铸智能一直致力于工业级别3D打印技术在垂直行业中的应用，并不断结合特定应用持续优化3D打印设备和材料。FUNMAT PRO 610HT设备精准定位到了工业领域大尺寸功能部件的制造需求。

众所周知，航空航天，汽车等行业一直是先进工业生产技术的孕育之地，由于INTAMSYS 远铸智能FUNMAT PRO 610HT 设备凭借在大尺寸、高温打印方面的能力，为这些行业输出着丰富的应用效益跟附加价值。以下是来自这些工业领域的部分应用实例。

l  航空航天复材模具制造

FUNMAT PRO 610HT设备3D打印的热压罐复合材料模具。

国内某航天复合研究所使用高性能材ULTEM™1010，及通过使用INTAMSYS FUNMAT PRO 610HT 设备制造热压罐复合材料模具。

由于飞机制造所需的复材性能较高，需要接近 200℃的温度来使铺设完成的预浸料固化成型很多高分子聚合物3D打印材料根本无法耐受这样的高温。用 FUNMAT PRO 610HT 设备打印出高性能材料ULTEM™1010/PEEK-CF 的模具组件可以满足热压罐(温度 180℃，压强 6 Bar)的工况，可以反复利用在复材铺层模具当中，给用户在复材制件研究和生产上带来了极大的便利和益处。同时，工业级设备的运动和热场控制，将复材模具的制件精度控制在了1.5mm以内，充分满足了航空工业的苛刻要求。

l  大尺寸汽车快速原型件生产

3D打印定制汽车保险杠

上图中的定制化汽车保险杠是自某外资汽车企业使用INTAMSYS FUNMAT PRO 610HT设备3D打印的。

基于用户对零部件定制化设计和尺寸(保险杠长度超过 1.75米)的需求，以及希望样件能够快速成型并投放试车的要求，远铸智能FUNMAT PRO 610HT 设备成功打印了高强度耐用性佳，打印流动性好的 PC 材料，完成高抗弯强度的定制化保险杠。3D打印因为快速成型，大尺寸一体打印和对丰富材料的处理优势，FUNMAT PRO 610HT 成为许多汽车厂商的工业级 3D打印机首选。通过使用 FUNMAT PRO 610HT，汽车企业可以缩短零部件研发周期，降低研发成本，充分满足个性化设计，完成汽车生产轻量化的转型。

l  每台设备配有15个3D打印零部件

谈及工业级应用，远铸智能FUNMAT PRO 610HT设备本身以及远铸智能设备开发团队，也是其FFF/FDM 3D打印技术的受益方。他们在设备开发过程中的功能原型验证，装配过程中的工装夹具制造，甚至打印设备中的终端零部件制造都应用了3D打印技术。

得益于INTAMSYS远铸智能现有的工业3D打印机产品组合，研发团队能够使用工程塑料通过3D打印自行完成许多内部组件的原型验证，这就不再需要通过传统的金属加工来制作原型，大大节省了成本。如果将功能原型制作外包给第三方金属加工工艺供应商，那么出于成本的考虑，每个部件最多只能进行三轮迭代。而通过内部3D打印工艺流程，不仅能够对一些特定的零部件进行多次的设计优化改良，并且能够进行快速测试，这让交货周期大大缩短。

远铸智能的设备开发团队还在610HT的装配线上使用了3D打印的工具和夹具。每个工作站都配有一套标准化制作的3D打印工装检具（以确保质检环节的一致性），以及用于装配最终部件的夹具。

用3D打印机批量制造3D打印设备的部件，已经是远铸智能生产线上常规采用的智能制造模式。

INTAMSYS 远铸智能工业级3D打印技术，也让其新设备中的零部件直接内部制造成为可能。如今，远铸智能团队为每台 FUNMAT PRO 610HT装配有15个通过3D打印生产的零部件。

凭借在打印成本、材料和功能性选择丰富、实施的灵活性、极广的打印件尺度范围等优势，FFF/FDM成为塑料3D打印技术领域增长迅速的一项技术，也被业界认为是一项极具工业应用前景的技术。3D科学谷将对这一细分领域的工业制造应用发展保持关注。

参考资料：

2021 年全球金属和塑料增材制造市场价值 83.3 亿欧元，AMPOWER全球年度增材制造报告发布

专栏 l 材料挤出式3D打印研究的现在与未来

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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近日，工业级FDM/FFF 3D打印企业INTAMSYS-远铸智能在《工业FDM 3D打印解决方案在汽车行业中的应用价值》研讨会中，与汽车界用户探讨了该技术的汽车制造应用。本期3D科学谷将其中一些要点分享如下。

 看市场

© 远铸智能

增材制造技术得到了快速发展，根据AMPOWER，到2021年市场规模达83亿欧元，预计2026年，整个增材制造行业的规模将达到192.3亿欧元。汽车行业份额占到整个3D打印行业中的18.6%，其中新能源汽车对增材制造技术的应用增长速度更快。从中可以体现出，新能源汽车制造带动了对增材制造技术的利用率。

 看应用

© 远铸智能

根据远铸智能，目前工业级FDM/FFF 3D打印技术的汽车制造应用可以归为三大类：

01 第一类就是原型类，包含外观原型，装配原型，还有功能性的原型

02 第二类就是在工厂的生产环节中的一些工具制造

03 第三类就是小批量的生产

除了直观的应用以外，3D打印技术还能够为汽车领域的制造企业带来更多拓展价值。

例如，企业内部增材制造设备，可以减少对外部供应商的依赖；3D打印即用即打的特性，能够让备品备件以数字库存的形式存在，这可以减少无谓的库存成本和浪费；再就是可以帮助汽车厂商去尝试各种各样的新材料，然后运用到对应的应用场景当中去。

远铸智能工业级FDM 3D打印设备汽车行业解决方案

远铸智能FUNMAT系列3D打印设备兼具智能性和易用性，FUNMAT PRO 610HT 作为系列线中的高端工业级大尺寸3D打印设备，打印尺寸可达610*508*508mm，支持开放的线材系统，为用户提供丰富的材料选择，高安全等级设计为操作人员提供安全稳定的设备运行环境，自动换料满足连续生产的需求。充分满足汽车行业从设计原型的快速迭代和验证，到工装夹具、模具的定制化生产再到终端功能测试件小批量生产等应用场景需求。

 看热点

01 跟传统制造材料相比，从绿色环保的角度来看，FFF/FDM 3D打印技术有什么优势呢？

就该技术本身而言，其打印材料是线材，在整个的打印周期，包括在后期的处理过程中，它的材料使用率是非常高的，所以从减少材料浪费的角度看，该技术是有很大的优势的。从绿色环保的角度来看FFF/FDM3D打印技术的原理是比较清晰的，包括3D打印零件的后处理环节，整个流程中不会向环境中去排放一些有毒有害的物质或者其他额外的废料。

02 3D打印技术走向大规模制造前还有哪些商业和技术的问题？

这也是目前大部分工业级3D打印厂商致力于研究的一个方向，同时也是汽车企业非常关注的一个热点。汽车产业其实是民用工业的集大成者，能做好汽车产业的应用配套，再想要拓展其他民用工业的应用就相对比较容易了，所以在汽车领域里通常会看到几个重要的指标，包括技术，成本，效率和安全。为了能够推动3D打印技术走向汽车领域大规模制造，需要对多个因素进行权衡，包括打印高性能材料能力，材料成本的控制和提高打印效率等等，同时也需要汽车用户紧密的配合，从这个设计端开始做一些面向增材制造的优化。

汽车用户常常会问一个问题，这个模型之前是用注塑工艺来做的，那现在改用3D打印技术的优势在哪里？从小批量生产应用的角度来看3D打印是具有成本和效率优势的，接下来要做的更多的工作是优化设计过程。这是一个思维转换的问题，需要用户从概念阶段就要考虑如何发挥3D打印的优势，来调整设计的结构。发挥增材制造技术的优势，并推动这一技术走向更大规模的制造应用，离不开用户与增材制造企业携手进行双向探索。

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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在FDM这个统称下，最核心的不仅是高温密闭成型仓室和真实的工程塑料这两点区别。为了了解需要哪些材料才能产生耐用零件，我们从个人打印机到工业级打印进行一个归纳介绍。

• PLA，25%ABS加PLA，PETG是普及型桌面式打印机使用的耗材但是这些远非高质量和工业应用级别的材料。
• ABS、PC、尼龙、PPS、这些则是工业3D打印的高温FDM塑料序列，目前更延展至ULTEM、PEKK等高等级工程材料，这些高等级材料的成型精度与材料性能的同步保障是工业级设备的体现！

 哪些领域需要应用高性能塑料？

具有出色性能的塑料在航天领域中非常有用。当然还不能用于塑料打印火箭发动机，它的热稳定性还未达到如此高的水平，但是它非常适合制作周围的各种零件。一个例子就是Stratasys和Atlas V.火箭的“气候控制”项目，打印16个塑料零件代替了140个金属零件，实现更快，更轻，更经济。这可不是一个理论项目，它已经飞入太空。

另一个例子是航空。飞机内饰与气密件领域应用的范围很大。为了减少零件的重量，在可能的情况下尽量改用塑料。当飞机制造涉及发动机部件或机身框架的细节时，可直接打印金属，但是到了负荷较小的结构元素（例如机舱通风和内饰部件）最好由高性能塑料制成。目前，主流航空公司们越来越多的接受这种趋势。

我们从天上回到地面：有趣的是工程塑料的其他性能。耐化学腐蚀性、耐高温、防静电、生物相容性等有可能使3D打印创建传统工艺无法获得的零件结构。与金属打印相比，塑料打印价格更低。打印的产品可更多地应用于医药、石油天然气工业以及化学工业领域。

 与普通塑料的区别

为什么不将PLA发射到太空，而使用ULTEM材料制作飞机舱的通风板呢？工程塑料被应用于一系列与高温、低温、耐火、机械强度有关的要求。通常来说这些要求是一体的而非其中的一点。因此，当与PLA与环境相互作用时，燃烧和产生漂浮物是不可控的。目前,此类工程塑料实际上必须使用更高基本的FDM/FFF技术在工业打印设备中完成。

含聚碳酸酯的长丝

聚碳酸酯是工业上常用的塑料，具有高抗冲击性和透明性，也可满足FDM打印的需要。该材料比ABS更能保持温度，耐酸，但对紫外线辐射敏感，在石油产品的影响下分解。

纯聚碳酸酯，PC

PC 3D打印零件，来源：形优制件社

聚碳酸酯产品的最高工作温度为130°C。聚碳酸酯具有生物惰性，其产品可以接受灭菌处理，这使您可以将其用于打印药品包装和配件。

Stratasys PC、 PC-ISO（Fortus打印机可用）。第一种是用于一般用途，第二种是经过生物相容性认证的医疗用途。

PC-ABS

PC-ABS 3D打印零件，来源：形优制件社

PC-ABS结合了ABS固有的耐磨性和韧性，具有更高的冲击性和工作温度。在低温下（最高-50°C）保持强度。与纯PC不同，它更适用于需要通过打磨或喷砂消除零件的分层结构的情况。

应用：用于零件和小批量生产的外壳和控制元件，替换设备中的成批的塑料部件

聚酰胺长丝

nylon12 3D打印零件，来源：形优制件社

尼龙聚酰胺被用于合成纤维的生产，这是一种很受欢迎的打印材料，使用选择性激光烧结（SLS）进行打印。用FDM / FFF技术进行打印时，主要使用尼龙6（尼龙），尼龙66（尼龙）和尼龙12。尼龙基长丝的共同特征包括化学惰性和抗摩擦性。尼龙12比PA6和PA66更具柔韧性和弹性。最高工作温度100°C，个别最高可到120°C。
首先，尼龙是用来打印齿轮的。为此目的的最佳材料，您可以使用它在带封闭相机的常规3D打印机上工作。耐磨性使您可以制造牵引力，凸轮，滑动衬套。在许多制造商的生产线中，都有基于尼龙的复合长丝，具有更高的机械强度。
Stratasys 尼龙6，尼龙12，尼龙12CF。后者为填充长丝碳纤维的复合材料。

 让我们进入有趣的部分

您可以在常规3D打印机上使用聚碳酸酯或聚酰胺。下述长丝更为复杂，它们需要使用其他挤出机打印并保持工作室内的温度，也就是说，您需要使用高温塑料进行打印的专用设备。不过也有例外，如在美国国家航空航天局（NASA），为了进行实验，他们对美国流行的Lulzbot TAZ进行了现代化改造，以使用高温灯丝。

聚醚醚酮，PEEK

PEEK产品的工作温度达到250°C，可以短期加热到300°C-增强长丝指示器。PEEK有两个缺点：价格高和抗冲击性中等。其余的都是优点，自熄、耐热，具有化学惰性。PEEK生产医疗设备和植入物，耐磨性使其能够打印出机器的细节。

聚醚酰亚胺，PEI

Ultem1010 3D打印零件，来源：形优制件社

ltem9085打印的超高压强电接头，来源：形优制件社

Ultem SABIC开发的塑料，PEI特性比PEEK指标略低，但成本要低得多。Ultem 1010和9085是Stratasys的核心材料，用于打印功能部件。航空航天行业对PEI的需求很大，与铝合金相比，其重量要小得多。产品的工作温度根据制造商的不同，最高可以达到217°C，根据Stratasys测试的结果可以达到213°C。

PEI具有与PEEK相同的优势，耐化学性和耐高温，机械强度高。Stratasys推广的正是这种材料，它可以替代航空航天中的金属，用于无人机，成型工具的制造以及在试验中快速打印功能部件。

在本报告开始时的示例，针对空客客机的Atlas V火箭冷却系统部件和塑料部件均由Ultem 9085制成。

聚苯砜，PPSF / PPSU

兼具耐温性，机械强度和耐化学性的另一种材料。Stratasys PPSF已通过航空航天和医疗应用认证。定位为生产辅助医疗设备的原料，可以在蒸汽高压灭菌器中灭菌。它用于化学工业中实验室设备的零件制造。

PC-ISO

材料原色白色，具有生物相容性（ISO 10993 USP VI），并且可以进行γ或EtO灭菌的材料。 通常用于食品和药品包装以及医疗器械制造。材料的强度和医疗兼容性可用于概念建模，功能原型设计和最终用途部件。该材料可用Stratasys Fortus系列设备进行打印。

PC-ISO打印MRI线圈，来源：形优制件社

 材料参数比较

*在140°C下煅烧2小时

**无法获得通过类似方法测试Apium PEEK 450自然，冲击测试结果。

缺失，耐热性被指定为未完成的PEEK。
参数是Stratasys提供的数据，PEEK除外。如果指示值的范围，则沿着零件的各层进行测试。

关于复合长丝

nylon12cf 打印的承重支架，来源：形优制件社

大多数用于FDM打印的材料都具有复合材料版本。如果我们谈论PLA，则将金属或木材粉末添加到PLA中以改变其美学特性。工程塑料用碳纤维增强，以增加零件的刚性。这些添加剂对塑料性能的影响不仅取决于其数量，而且取决于纤维的尺寸。如果可以将细粉视为装饰性添加剂，而纤维则已经明显改变了塑料的特性。材料名称中的“碳”一词并不意味着优异的性能，您需要查看测试结果。例如：Stratasys Nylon12CF沿层测试时的拉伸强度几乎是Nylon12的两倍。

有一种特殊的选择是Markforged公司实现的持续强化。该公司提供增强纤维丝，用于与其他塑料进行FDM联合打印。

 其他特定属性

矿机用设备遥控器，来源：形优制件社

采用防静电ABS-ESD7材料制作，有效避免静电火花引发的事故可能性

工程塑料不仅具有耐高温性和机械强度。对于用于存储电子设备的外壳或盒子，以及在具有易燃挥发性液体的工作条件下，需要具有抗静电性能的材料。在Stratasys产品线中，ABS-ESD7与Nylon12 CF材料适用。

常规的ABS不耐紫外线辐射，这限制了它在户外没有保护性涂层的情况下的使用。作为替代方案，提出了ASA，除了优异的抗紫外线性外，其它特性与ABS相似。

 金属的替代品

塑料可以在很多领域替代金属，因为它在轻度，隔热和电绝缘性，耐用性方面都超过了金属。但是，特殊合金和机械强度要求高的领域，目前最好的FDM材料的打印还不能达到金属产品的物理指标。

 特殊工程塑料

总结一下。简而言之：上文所考虑的打印材料与具有较高打印温度的常规材料不同，这些都需要使用专用设备打印，并且所制造零件的耐热性和机械强度很高。为了使用这种线材，需要使用挤出机工作温度为350°C且具有热稳定成型空间的工业级3D打印机，你作为个人爱好者或初级教育，可以使用桌面打印设备，它们不需要大多的专业知识，但如果你是一个工程师或依据生产型工程材料来定制部件的偏专业人士，请务必选择能满足你的工业级设备与对应材料，或与用此类设备来提供服务的综合服务的供应商。

文章来源：形优制件社

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为了让轴承在运动应用中安全可靠地运行，掌握轴承系统的使用寿命是极具优势的。这正是运动塑料专家igus提供在线工具的原因：它们能够根据业内最大测试实验室的研究和测试结果精确计算igus产品的使用寿命。在测试实验室中，

所有iglidur塑料和其他产品都要经过严格的磨损和摩擦测试。每年10,000次的测试为在线使用寿命计算器提供了强大可靠的数据库。

自2014年在汉诺威工业博览会上推出了第一款iglidur摩擦优化的3D打印线材以来，igus在其科隆总部一直持续研发并扩展其产品系列。现在，igus已推出六种适用于FDM工艺加工的高耐磨性3D打印线材，以及两种适用于选择性激光烧结工艺进行加工的工程塑料材料，采用这些耐磨打印材料可以快速制造出适用于工业应用的滑动轴承等部件。通过igus的3D打印服务，从配置到订购，您只需三个简单的步骤就可以生产出所需的原型和用于小批量生产的特殊部件，整个过程轻松、快速且低成本。更经济的3D打印材料，更低的能耗，以及快速的定制生产过程，极大程度地降低了您的初期研发成本。而且这些3D打印材料制成的部件在igus内部测试实验室里进行了大量广泛的测试，所以它们和注塑成型的部件一样，可以准确预测使用寿命。使用I3和I180材料制成的3D打印部件的使用寿命计算也已纳入“iglidur专家”，从2018年5月开始上述所有高性能3D打印材料都可以实现在线寿命计算。

通过“iglidur专家”，可以在线精确计算出3D打印耐磨塑料件的使用寿命。

关于易格斯：

igus GmbH是国际领先的拖链系统和工程塑料滑动轴承制造商。该家族公司总部位于科隆，业务遍布35个国家和地区，全球员工约3,800人。2017年，igus面向运动应用的运动塑料达到6.90亿欧元的销售额。igus运营着业内最大的测试实验室和工程，根据客户需求提供创新产品和解决方案，并快速交付。

来源：中国智能制造网

工程塑料在机械性能、耐久性、耐腐蚀性、耐热性等方面能达到更高的要求，而且加工更方便并可替代金属材料。工程塑料被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、办公设备、机械、航空航天等行业，以塑代钢、以塑代木已成为国际流行趋势。本期，结合3D打印塑料领域的两家典型企业Stratasys与Polymaker，3D科学谷与谷友一起来感受工程塑料的3D打印进入工业领域的应用趋势。

Stratasys

打印工艺方面，Stratasys的全资子公司Evolve Additive Solutions推出了高速塑料3D打印工艺。该公司自2009年以来一直在开发快速增材制造技术（EPSD）。

材料方面，Stratasys拥有一系列工程级塑料以满足性能要求苛刻的工业应用场景需求。

-- FDM 热塑性塑料 – 使用生产级别材料打印耐用零件

ULTEM 9085：高性能部件

具有完善良好的的耐热性（达153°C）、机械强度以及化学抗性性质。应用包括功能性原型、制造工具以及小批量高价值生产部件。

FDM 尼龙 6：坚韧部件

综合了各种 FDM 材料的强度和韧度，更出色的抗疲劳性断裂延伸率，适合用于打印耐用原型、可经受严苛生产环境的制造工具以及可满足高功能要求的小批量部件。

ASA：高机械强度

ASA 是一种生产级热塑性塑料，具有 10 种耐褪色的颜色，有较高的机械强度和紫外线稳定性，可构建耐用的原型进行拟合、形状和功能性测试，或者制作最终用途零件。

PC – ABS

结合了PC材料的强度与耐热性以及 ABS材料 的柔韧性，也具备良好的特征定义与表面光洁度。能够制作出更高强度的部件，进而确保更好地进行测试以及制作出模拟最终产品材料性能的原型。

碳纤维增强尼龙材料

Stratasys公司用于FDM 3D打印技术的尼龙12CF材料，含有多达35%的碳纤维，因此各种属性都非常优异，比如最终拉伸强度为76兆帕（MPA），拉伸模量为7529兆帕，抗弯强度为142兆帕，足以在许多应用中取代金属，非常适合汽车、航空航天等行业。这种碳纤维增强热塑性材料，用于生产高性能原型，能够在设计验证过程中经受生产零件的严格测试 满足生产环境的苛刻要求，并可应用于生产线上的夹具制造。

-- PolyJet 材料 – 数百种不同属性选择

数字 ABS

将耐高温与高韧性的特性结合，模拟标准 ABS 塑料，制作真实、精密、具有韧性和耐热特性的工具和原型。在厚度不到 1.2 mm (0.047 in.) 的壁中刚度和韧性均表现出色。

Polymaker

解决高性能材料在3D打印工艺中的经济性问题，是Polymaker正在努力且需要不断努力的方向，目前，Polymaker主要有两大应用板块，Polymaker消费板块 和 Polymaker工业板块。

Polymaker消费板块是最早推向市场的业务板块，目标客户主要是一些设计师、工程师和创客等。这也是3D打印开始普及时的主要市场。

工业应用板块方面，Polymaker在2017年初推出了Polymaker Industrial的产品线，其以开发兼顾高性能与经济性的先进材料为目标，包含了超过4大产品体系和超过20种不同的3D打印工程塑料及应用解决方案。

Polymaker PC

PC （聚碳酸酯），是目前最被广泛使用的高性能聚合物材料之一，拥有良好的力学和热学性能。可是即便PC具备如此优良的性能，其在3D打印中还并没有被大量地应用。其主要原因是受制于传统PC材料的一些特性，令其很难适用于3D打印。

为解决PC材料与3D打印匹配适用性的难题，2016年，Polymaker与Covestro公司开展了合作，推出了PC-Plus和PC-Max两款产品。在保持了PC高性能的同时，大幅度降低了其进行打印的难度。

一般通用PC材料在进行3D打印时，需要腔体加热至110-120℃，打印平台加热至120-150℃。而Polymaker PC在这两方面的温度要求仅为70-80℃和80-110℃。

这就意味着一般准工业级别的FDM/FFF打印机就可以顺利打印PC材料了，甚至于目前一些桌面级3D打印机也可以使用Polymaker的PC材料。而如果使用传统的PC材料，在硬件方面的投入相比起来将会是极其巨大的。

PolyCast™

PolyCast™是一款针对金属铸造应用推出的材料，Polymaker对于这款材料的定义是：快速，经济地制备金属件的解决方案。

传统的失蜡铸造在制作小批量产品时，会遇到两个难题：1. 成本高，主要是开模的成本 ；2. 周期长，一般需要2-4周才能完成开模并制作蜡模。 使用PolyCast™材料，便可以解决这些问题，无模具成本，并且很快就可以得到由PolyCast™材料制作的“蜡模”。

对于小批量制作，和制备一些复杂零件来说，Polycast™是一个很理想的解决方案。

PolyCast™材料有4个特性：

可抛光：结合Polysher™共同使用，能使打印件拥有可与注塑件媲美的光洁表面。

低灰分：PolyCast™材料在实际的铸造环境中测得的灰分数据为 0.003% ，可被极为充分彻底地烧除干净，铸造出无瑕疵的金属件。

低成本：无论与传统铸造工艺相比，还是与其他类型3D打印技术相比较，使用PolyCast™材料进行铸造的成本都更低。

易用性：PolyCast™材料极易打印，几乎市面所见线材3D打印机（FDM/FFF）都可以轻松打印这款材料。

PolyCast™应用案例：SO3D & 3D Sailing的用户通过PolyCast™技术生产帆船零件，实现零件非标准化的小批量生产。

PolyMide™ CoPA

PA尼龙也是最常见的工程塑料之一，有非常良好的机械性能，但在进行3D打印时，也需要腔体以及平台加热才能保证其在打印过程中不发生翘曲。这无疑又提高了尼龙材料的使用难度和使用成本。

经过不断地研发和创新，Polymaker使用Warp-Free™技术解决了尼龙易翘曲的难题，开发出防翘曲尼龙线材PolyMide™ CoPA， 使得FFF/FDM 3D打印机无需平台加热或是腔体加热，只要喷嘴温度能够达到250℃以上便可使用该款尼龙材料。

PolyMide™ CoPA应用案例：同济大学志远车队参加在新加坡举办的2018亚洲壳牌生态马拉松赛获得2项大奖：城市概念车最佳设计奖&原型车ICE组亚洲亚军。

图片：志远车队选择使用包括PolyMide™ CoPA在内的尼龙3D打印材料来制造赛车的结构件

在打造赛车时，志远车队需要选择低成本的小批量制造方案，来实现轻量化的设计理念。3D打印技术因此而成为了他们的理想方案。在材料选择方面，必须要满足车辆在热学和力学方面的较高要求。最终志远车队选择使用包括PolyMide™ CoPA在内的尼龙3D打印材料来制造赛车的结构件。

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一般复合材料中分散相是均匀分布的，整体材料的性能是同一的，但是在有些情况下，希望同一件材料的两侧具有不同的性质或功能，又希望不同性能的两侧结合得完美，从而不至于在苛刻的使用条件下因性能不匹配而发生破坏。以航天飞机推进系统中最有代表性的超音速燃烧冲压式发动机为例，燃烧气体的温度通常要超过2000℃，对燃烧室壁会产生强烈的热冲击;燃烧室壁的另一侧又要经受作为燃料的液氢的冷却作用，通常温度为-200℃左右。这样，燃烧室壁接触燃烧气体的一侧要承受极高的温度，接触液氢的一侧又要承受极低的温度，一般材料显然满足不了这一要求。于是，科学家想到将金属和陶瓷联合起来使用，用陶瓷去应对高温，用金属来应对低温。但是，用传统的技术将金属和陶瓷结合起来时，由于二者的界面热力学特性匹配不好，在极大的热应力下还是会遭到破坏。例如，对上述的燃烧室壁，在陶瓷和金属之间通过连续地控制内部组成和微细结构的变化，使两种材料之间不出现界面，从而使整体材料具备了耐热应力强度和机械强度也较好的新功能。

HAGE通过SDS(Shaping-Debinding-Sintering)工艺实现这种梯度材料的制备，这种工艺的基本流程和优势如下

1)3D打印原型(ShapingwithF3technology)

2)去除树脂(Debinding)

3)烧结(Sintering)

4)最终零件

首先，SDS工艺能轻松获得梯度材料。SDS工艺是3D打印与烧结结合的一种新工艺，能制成粉后期可烧结成型的材料，都可以通过SDS工艺实现，而陶瓷、金属完全符合这样的工艺特点。

其次，打印完成面质量高。零件最终是通过类似MIM的烧结方式获得的，其表面质量比传统的金属打印相比要好很多。

第三，性能各向同性。受传统3D打印原理的限制，Z方向性能弱于XY平面的性能。而采用SDS工艺制造出来零部件，性能各向同性。客户在使用和设计时也不必再考虑各向异性的问题，大大提高了3D打印金属零件的应用工况。

最后，SDS工艺能打印难熔金属。对于铜等特殊金属，此工艺都可以打印。

来源：华融普瑞

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1.TPE / TPU柔性材料

TPU（热塑性聚氨酯）是一种柔软但又具备足够韧性的材料，非常适合需要类橡胶性能的零件。它具有很大的弹性，可以反复拉伸，移动和冲击而不会磨损或降解。在商业应用中，TPU通常用于汽车部件、医疗用品、家用电器领域，可制作密封件、垫圈、鞋底、智能手机盖、腕带等，当前也有设计师用来打印服装。但该材料打印时难度较高，特别是对于远端送料的3D打印机，很难控制材料的进退，而且容易堵塞喷头。

2.碳纤维增强线材

碳纤维增强线材是在高强度PLA、尼龙以及其他聚合物的基础上改进的，它本身包含了大量长短不一的细碳纤维。这些纤维非常小，可以通过FDM 3D打印机的挤出喷嘴，并增加聚合物的强度和刚度，从而有效地强化3D打印部件，刚度和强度都远超过普通PLA和ABS。而且它还具有非常高的熔体强度、很高的熔体粘度，良好的尺寸精度和稳定性、打印时气味很小。不过，该材料表现出优异的性能，线材中碳纤维的研磨性质可能会引起黄铜的加速磨损，所以建议使用不锈钢或硬化型铜合金的喷嘴。

碳纤维增强材料，可以提供与金属相当的强度，又非常轻，在需要考虑重量与强度比的行业包括航空航天、汽车领域都有广泛的应用前景。

3.PEEK

PEEK是一种半结晶热塑性塑料，具有耐高温性、自润滑性、化学稳定性、耐辐射和电气性能，以及具有优异的机械性能，被认为是世界上性能最好的工程热塑性塑料之一。PEEK可用于制造航空航天、汽车、石油天然气和医疗行业的苛刻应用物品。在生物医学领域，聚醚醚酮具有优良生物相容性，和金属材料的植入体相比，其弹性模量和人骨弹性模量更接近，能够满足人体正常的生理需要，是一种良好的骨科植入物材料。

PEEK可作为3D打印材料制造机械零部件以及骨科植入物,但由于PEEK材料具有较高熔点，多数3D打印机喷头工作性能不足以更好的熔化PEEK材料，这个问题给PEEK的3D打印特别是FDM 3D打印带来一定难度。

4.尼龙线材

尼龙有优良的韧性、耐磨性、耐疲劳性等优点，在工业上广泛应用。FDM尼龙 12 适合用于需要高耐疲劳度的应用，如可重复使用的摩擦贴合嵌件。而尼龙6则可以准确预测具有功能性的耐用原型以及可经受严苛生产环境的制造工具的性能，并能满足高功能要求的小批量部件制作。

在航空和汽车领域，FDM打印尼龙可制作工具、夹具和卡具以及用于内饰板、低热进气组件以及天线罩的原型；在消费品的产品开发方面，可制作用于卡扣面板以及防冲击组件的耐用原型。

5.金属质感丝材

金属质感丝材实际上是一种PLA或ABS与金属粉末混合的材料。模型抛光后，从视觉上能感到这些模型就像是用青铜，黄铜，铝或不锈钢制造出来的。这些金属粉末与PLA、ABS混合后的打印线材比普通的ABS、PLA重很多，所以手感不像塑料，更像金属。

6.FDM导电丝材

导电丝材可用于制作电容式（触摸）传感器，可穿戴应用中的传感器、印刷电路，在电子设备中有广泛应用，同时可为实际产品的定制提供高度的自由度。

这种材料往往是在常规材料如ABS中掺入碳粉实现导电性能，通过FDM打印电路可比使用蚀刻和焊接更快、更安全、更便宜，而打印过程中可保持很好均匀性，变化率不超过5％。但是目前上市的导电线材还较少。

 总结

3D打印技术要与传统制造业竞争，甚至FDM要与其他技术竞争，复合材料将是该技术成为主流技术的背后驱动力之一，再者就是设备问题。以上这些材料给我们的很大启示就是材料的掺杂和复合，几种材料掺一掺就能得到意想不到的性能。碳纤维与PEEK、尼龙材料复合可以实现金属的强度但却比金属更轻，大可以在某些领域替代金属。在TPU中加入石墨烯，加工成可导电的TPU线材，可以打印柔性传感器、射频屏蔽、柔性导电线路以及可穿戴式电子产品。因此，请不要觉得FDM太低级，FDM在航空、汽车领域都大有可为！

来源：3D打印技术参考
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