3D列印材料指南：最全面的3D列印材料介紹及選擇關鍵!

隨著3D列印技術的不斷發展，越來越多的行業和領域將其應用於生產、設計和創新。在3D列印過程中，選擇合適的材料是獲得出色打印結果的關鍵。本文將深入介紹多種3D列印製程所適用的材料，包括FDM、Industrial FDM、Prototyping SLA、DLIP、CLIP、Industrial SLA、SLS、MJF、EBM、SLM、POLYJET、DOD、NPJ、BJ、LENS、EBAM、LOM和UC。我們將為您提供全面的3D列印材料指南，幫助您在不同項目需求下做出明智的材料選擇。

〈延伸閱讀：3D列印是什麼？3D列印技術與優勢大公開！〉
 

該怎麼選擇3D列印材料？

每種3D列印製程和材料都具有其獨特的優勢和限制，因此了解它們的特性和適用性是取得成功的關鍵。

在選擇3D列印材料時，請考慮以下因素：

1. 功能需求：根據您的項目需求和應用場景，確定所需的材料特性，如強度、耐溫性、耐化學藥品性能等。

2. 成本效益：考慮材料的價格和可行性，確保在預算範圍內選擇最合適的材料。

3. 製造工藝：了解不同材料與特定製程的兼容性，確保材料適用於您所選擇的3D列印製程。

4. 項目時間表：考慮材料的供應和交付時間，確保能按時完成項目。

 

3D列印材料指南

看完選擇材料的步驟後，接下來要好好來了解各種3D列印材料本身，這邊將會列出3D列印中常常使用到的3D列印材料及其優缺點，保證你看完就了解各種材料的特性重點。
 

PLA（聚乳酸）

PLA（聚乳酸）是一種廣泛使用於3D列印的生物可降解塑膠材料，由可再生資源如玉米澱粉或甘蔗製成。PLA的應用範圍廣泛，從原型製作、教育模型、裝飾品到一些非承重的功能性零件，由於其生物可降解的特性，PLA也被視為一種更環保的3D列印選擇，適合用於可持續發展項目。它是目前最受歡迎的3D列印材料之一，特別是在桌面級3D列印機中。
 

優點

1. 環保性：PLA是一種生物基材料，可以在特定條件下生物降解，對環境的影響相對較小。

2. 列印友好：PLA的熔點較低（約180°C至220°C），使其易於列印，且不容易變形，適合初學者使用。

3. 色彩多樣性：PLA有各種顏色可供選擇，包括透明和光澤顏色，滿足不同的設計需求。

4. 低收縮率：PLA在冷卻過程中的收縮率很低，這意味著列印出來的模型尺寸穩定，細節保持良好。

5. 無異味：相比於其他材料如ABS，PLA在列印過程中幾乎沒有異味，更適合室內使用。

 

缺點

• 耐熱性差：PLA的耐熱性較差，通常在50°C左右，因此不適用於需要承受高溫的應用。

• 強度和耐久性：雖然PLA足夠堅固，用於一般模型和非功能性零件，但其強度和耐久性不如某些其他3D列印材料，如ABS或尼龍。

 

ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）

ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）是一種常見的熱塑性聚合物，廣泛應用於3D列印以及許多其他工業和消費品中，如樂高積木、汽車部件和電子設備外殼。由於其強度和耐用性，ABS是許多工程和設計項目的理想選擇！
 

優點

1. 高強度和韌性：ABS具有良好的機械性能，包括高強度、良好的韌性和耐衝擊性，適合製造耐用的零件和功能性原型。

2. 耐熱性：ABS的耐熱性較好，通常可承受約80°C至100°C的溫度，適用於需要一定耐熱性的應用。

3. 加工性：ABS易於加工和後處理，可以打磨、鑽孔、上漆和粘接，使得完成品可以達到高質量的外觀和性能。

4. 經濟實惠：ABS是一種成本效益較高的材料，適合大規模生產和個人使用。

 

缺點

• 收縮和翹曲：ABS在冷卻過程中會收縮，可能導致列印件翹曲或裂開，特別是在大型零件的列印中。這通常需要加熱床和閉環環境來減少。

• 異味和有害氣體：在加熱過程中，ABS可能會釋放刺激性氣味和有害物質，如苯乙烯，因此建議在通風良好的環境中使用。

• 列印難度：相較於PLA，ABS的列印難度較高，需要更精確的溫度控制和列印條件，可能不適合初學者。

 

PETG（聚對苯二甲酸乙二醇酯）

PETG（聚對苯二甲酸乙二醇酯）是一種熱塑性聚酯，結合了PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）的優點和添加了乙二醇（Glycol）改性後的特性，使其成為一種在3D列印領域中越來越受歡迎的材料。
 

優點

1. 良好的透明度和光澤：PETG具有出色的透明度和光澤，使其成為製作透明或半透明物件的理想選擇。

2. 高強度和耐衝擊性：PETG結合了高強度、韌性和良好的耐衝擊性，即使在低溫下也能保持這些性能，適合製造耐用的零件和產品。

3. 良好的化學耐受性：PETG對許多化學物質有良好的耐受性，包括水、酸和一些溶劑，使其適用於可能接觸這些物質的應用。

4. 易於加工和後處理：PETG不僅易於3D列印，而且也容易進行後處理，如打磨、鑽孔和粘接，可以達到高質量的完成品。

5. 低收縮率：PETG在冷卻過程中的收縮率較低，這有助於提高列印件的尺寸穩定性和精度。

 

缺點

• 列印溫度：PETG的列印溫度通常高於PLA，大約在230°C至250°C之間，需要確保3D列印機能夠達到這個溫度範圍。

• 粘附性：PETG在列印過程中可能會出現較強的粘附性，有時可能會導致與打印床或其他列印件粘合，需要適當調整床面材料或使用分離劑。

• 絲絮問題：PETG在列印過程中可能會產生絲絮（Stringing）現象，需要通過調整列印設置來優化。

 

尼龍（Nylon）

 

尼龍，學名為聚酰胺（Polyamide，簡稱PA），是一種具有廣泛應用的熱塑性合成樹脂，由酰胺類分子通過縮合反應形成的長鏈聚合物。選擇尼龍作為3D列印材料時，需要考慮其特性和列印要求，以確保獲得最佳的列印效果。
 

優點

1. 高強度和韌性：尼龍具有良好的機械強度和韌性，即使在較低溫度下也能保持這些性能，適合製造承受高應力和衝擊的零件。

2. 耐磨性：尼龍的耐磨性極佳，常用於製造齒輪、軸承和其他需要耐磨的機械零件。

3. 耐化學性：尼龍對許多化學物質，包括油脂、燃料和溶劑，都有良好的抵抗能力，使其適用於化學暴露環境下的應用。

4. 耐熱性：尼龍能夠承受較高的溫度，不同類型的尼龍耐熱性能有所不同，但通常可以在100°C至160°C的範圍內使用。

 

缺點

• 乾燥處理：由於尼龍的吸水性，列印前需要對材料進行乾燥處理，以避免列印過程中出現問題。

• 列印溫度：尼龍的列印溫度相對較高，通常在250°C至270°C之間，需要確保3D列印機能夠達到這一溫度。

• 熱床和粘附：使用熱床可以幫助改善尼龍的底層粘附，並減少翹曲問題。

 

PC（聚碳酸酯）

PC（聚碳酸酯）是一種高性能的熱塑性聚合物，以其卓越的透明度、高強度和優異的耐熱性而聞名。在需要結合透明性和高性能機械特性的應用中，PC材料在3D列印領域中被廣泛應用。
 

優點

1. 高透明度：PC具有極好的光學特性，能夠提供與玻璃相媲美的透明度，適合製造透明或半透明的物件。

2. 高強度和韌性：PC材料具有高強度、高韌性，即使在較低溫度下也能保持良好的衝擊強度，適合製造耐用的零件和保護罩。

3. 優異的耐熱性：PC的耐熱性能非常好，能夠承受高達130°C甚至更高的溫度，使其適用於高溫環境下的應用。

4. 良好的尺寸穩定性：PC在熱處理後展現出良好的尺寸穩定性，這對於精密零件和組件的製造尤為重要。

5. 耐化學性：PC對許多化學物質具有良好的抵抗力，包括酸、鹼和一些溶劑。

 

缺點

• 加工溫度高：PC的加工溫度相對較高，這要求3D列印機必須能夠提供較高的擠出溫度。

• 翹曲和收縮：由於PC在冷卻過程中的收縮率較高，這可能導致列印件出現翹曲或裂縫，特別是在大型零件列印時更為明顯。

• 吸濕性：PC具有一定的吸濕性，如果存儲不當或在潮濕環境中使用，吸收的水分可能會在列印過程中造成問題，如氣泡、斷絲或列印質量下降。

 

樹脂

在3D列印中使用的樹脂主要是通過光固化過程硬化而成，這一過程涉及到樹脂暴露於特定波長的光線下，光源通常是雷射或LED。這種技術使得樹脂成為製作精細細節和平滑表面的理想選擇。樹脂3D列印的常見技術包括立體光刻(SLA)、數字光處理(DLIP)和連續液面列印(CLIP)。
 

優點

1. 高精度和細節：樹脂列印能夠達到非常高的細節水平，適合複雜和精細的設計。

2. 光滑的表面質量：與其他3D列印技術相比，樹脂列印可以產生更光滑的表面，減少後處理的需要。

3. 多樣的材料選擇：市場上有多種不同類型的樹脂可供選擇，包括透明樹脂、柔性樹脂、耐高溫樹脂等，以滿足不同的應用需求。

 

缺點

• 成本較高：相比於其他3D列印材料如PLA或ABS，樹脂的成本通常較高，這可能會增加大量列印工作的經濟負擔。

• 耐久性問題：某些樹脂製成的3D列印件可能不如其他材料如尼龍或金屬堅固耐用，特別是在承受長期應力或戶外環境影響時。

• 光敏性：某些樹脂製品可能對光敏感，長時間曝露於陽光下可能會導致顏色變化或性能下降。

 

金屬

金屬是3D列印技術中使用的一種重要材料，特別是在工業製造、航空航天、汽車製造和醫療器械等領域。金屬3D列印通常採用粉末床熔融（Powder Bed Fusion, PBF）技術。
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優點

1. 高強度和耐久性：金屬3D列印件具有與傳統製造方法相當或甚至更高的強度和耐久性，適合製造承受高負荷和極端環境條件的零件。

2. 複雜幾何結構：3D列印技術能夠製造傳統方法難以或無法製造的複雜內部結構，如內部冷卻通道、蜂窩結構和輕量化結構，這對於提高性能和降低重量非常有益。

3. 材料多樣性：金屬3D列印可以使用多種金屬材料，包括不鏽鋼、鋁合金、鈦合金、鎳基合金、鈷鉻合金等，滿足不同應用的特定需求。

4. 定制化和個性化：金屬3D列印技術非常適合定制化生產，可以根據特定的設計要求和功能需求製造個性化零件和組件。

5. 短周期和成本效益：對於小批量生產和原型開發，金屬3D列印能夠大幅縮短生產周期，減少材料浪費，提高成本效益。

 

缺點

• 成本較高：金屬粉末和3D列印設備的成本相對較高，這可能會限制其在某些應用中的經濟性。

• 後處理需求：金屬3D列印件通常需要後處理，如去除支撐結構、表面處理和熱處理等，以達到所需的機械性能和表面質量。

• 技術挑戰：金屬3D列印過程中的參數控制對於確保零件質量至關重要，如激光功率、掃描速度和粉末層厚度等，這需要豐富的經驗和專業知識。

 

3D列印製程最適合的3D列印材料

接下來將介紹3D列印常見的製程，還有它們最常用到的材料，並一一介紹3D列印材料的特性，幫助你了解這些製程最適配的3D列印材料為何？

 

FDM（熔融沉積建模）：

FDM是最常見的3D列印製程之一，其特點是使用熱塑性材料進行打印。以下是一些常用的FDM材料：

• PLA（聚乳酸）：這種環保材料容易使用且價格相對較低。

• ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）：ABS材料具有高強度和優異的耐溫性。

• PETG（聚對苯二甲酸乙二醇酯）：PETG材料具有出色的耐沖擊性、耐磨性和透明度。

 

Industrial FDM（工業級FDM）：

工業級FDM材料適用於高要求的應用，具有更高的強度和耐熱性，同時保持了FDM製程的優勢。

• PA6（尼龍6）：這種材料具有出色的強度、耐磨性和化學藥品耐受性。

• PC（聚碳酸酯）：PC材料具有優異的耐溫性和耐衝擊性，適用於要求較高的工業應用。

 

Prototyping SLA（原型SLA）：

SLA製程通常用於快速原型製作和試驗。以下是一些常見的原型SLA材料：

• 樹脂：原型SLA可使用各種樹脂，包括通用樹脂、透明樹脂、彩色樹脂等。透明樹脂適用於透明模型的列印，而彩色樹脂則可實現多色列印。

 

DLIP（數字光加工）：

DLIP製程使用數字光加工技術，可以實現高精度和高解析度的打印。以下是一些常見的DLIP材料：

• 樹脂：DLIP製程可使用各種樹脂材料，如高溫耐受樹脂、耐化學藥品樹脂等。這些材料適用於需要高溫和化學藥品耐受性的應用。

 

CLIP（連續液面界面製造）：

CLIP是一種高速3D列印技術，使用光固化樹脂進行打印。以下是一些常見的CLIP材料：

• 高溫樹脂：這些材料具有出色的耐高溫性能，適用於需要耐高溫的應用場景。

 

Industrial SLA（工業級SLA）: 

工業級SLA材料擁有更高的強度和耐用性，適用於工業生產和功能性應用。

• 工程樹脂：這些材料具有出色的機械性能，如強度、耐磨性和耐化學藥品性能。

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SLS（選擇性激光熔融）：

SLS製程使用粉末材料進行打印，以下是一些常見的SLS材料：

• PA（聚酰胺）：這是SLS製程中最常見的材料之一，具有出色的強度、耐磨性和耐化學藥品性能。

 

MJF（多重噴墨熔融）：

MJF製程使用粉末材料並利用多重噴墨熔融技術，以下是一些常見的MJF材料：

• PA12（尼龍12）：這是MJF製程中常用的材料之一，具有高強度、耐磨性和耐化學藥品性能。

• PA11（尼龍11）：與PA12類似，但具有更好的柔韌性和彎曲性能。

 

EBM（電子束熔融）和SLM（選擇性激光熔化）：

EBM和SLM是金屬3D列印技術，以下是一些常見的金屬材料：

• 鈦合金：鈦合金具有優異的強度、耐高溫性和輕量化特性，廣泛應用於航空航天和醫療領域。

• 不鏽鋼：不鏽鋼具有耐腐蝕性、耐磨性和優異的力學性能，適用於許多工業應用。

 

POLYJET（聚合噴墨）：

POLYJET製程使用噴墨技術，將液態樹脂噴射到建模平台上，以下是一些常見的POLYJET材料：

• 多材料樹脂：POLYJET可實現多材料和多硬度的打印，適用於模型試驗和產品展示。

 

DOD（降滴噴墨）：

DOD製程使用墨水進行打印，以下是一些常見的DOD材料：

• UV硬化墨水：這些墨水可實現彩色打印和高精度模型。

 

NPJ（無樞節打印）：

NPJ是一種無樞節打印技術，使用光固化樹脂，以下是一些常見的NPJ材料：

• 光固化樹脂：這些材料可用於打印微細結構和具有豐富細節的模型。

 

BJ（束縛激光打印）：

BJ製程使用束縛激光進行打印，以下是一些常見的BJ材料：

• 光固化樹脂：這些材料提供高解析度和細節，適用於精密細節

 

LENS（激光輔助電弧熔化）：

LENS製程使用激光輔助電弧熔化技術，以下是一些常見的LENS材料：

• 金屬合金：鈦合金、鋁合金、鎳基合金等，這些材料具有高強度、耐高溫和輕量化的特性。

 

EBAM（電子束增材製造）：

EBAM是一種利用電子束熔化金屬粉末的增材製造技術，以下是一些常見的EBAM材料：

• 金屬粉末：鈦合金、鋁合金、鎳基合金等，這些材料在航空航天和汽車工業等領域具有廣泛的應用。

 

LOM（層積製造）：

LOM製程使用紙張或薄膜進行打印，以下是一些常見的LOM材料：

• 紙張或薄膜：LOM可使用各種紙張或薄膜材料，適用於快速原型製作和模型試驗。

 

UC（陽離子烤漆）：

UC製程使用陽離子烤漆技術，以下是一些常見的UC材料：

• 光固化樹脂：UC可用於打印精細的複雜模型，具有優異的表面質量和細節還原性。

上述列出的材料僅為各種3D列印製程中的一部分，隨著技術的不斷發展，新的3D列印材料和製程不斷涌現。在選擇材料時，請根據您的具體項目需求和應用場景，與供應商或專業人士進行討論，以確保選擇最適合的3D列印材料。無論是進行原型打印、批量生產還是定制生產，選擇適當的材料是獲得卓越的3D列印。
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結語

希望這份全面介紹3D列印材料的指南能為您提供有價值的信息，幫助您在不同的製程和應用場景中作出明智的材料選擇。最後，建議與3D列印專業人士或供應商進行更深入的討論和諮詢，以獲得專業的建議和支持。他們可以根據您的具體需求和目標，提供更加個性化和實用的建議。希望這篇文章對您在3D列印材料選擇上有所幫助。如果您還有其他問題，請隨時提出，我們將竭誠為您提供協助。祝您在3D列印領域取得成功！