1.7 FDM成形材料《增材制造技术》教学课件

3D打印认知与实践1.7FDM成形材料FDM成形常用材料FDM成形支撑材料12目录CONTENTS01FDM成形常用材料FDM成形常用材料

3D打印（或增材制造）正在变得越来越普及和重要，不再限于小型普通材料的零件成形，而更多地改变原形制作和生产过程。现在全球3D打印机每年销售量超过300万台，其中多数是FDM3D打印机。用3D打印机我们可以快速得到我们想要的零件或产品。

FDM技术丝材材料非常丰富，目前塑料零件使用的所有热塑性材料基本上都可以制成丝材供FDM技术使用，如PLA及ABS、蜡丝、聚烯烃树脂、尼龙丝、聚酰胺丝。FDM技术使用丝状材料，常用丝材直径1.75mm，固定在供料辊上，每卷材料重量为1kg。（图片来源于易生）FDM成形常用材料

FDM技术成为目前应用最为广泛的3D打印技术与其使用材料有很大关系。主要包括：

1）塑料原材料熔点低、工艺成熟，价格较低而且制成丝材的成本不高；

2）与其他使用粉末和液态材料的工艺相比，丝材更加清洁，易于更换、保存，不会在设备中或附近形成粉末或液态污染。

3）可选用多种材料、多种颜色，如可染色的ABS和医用ABS、PC、PPSF等。

4）丝材便于更换，实际操作简单。1.FDM使用材料的特点FDM成形常用材料（1）FDM技术成为目前应用最为广泛的3D打印技术与其使用材料有很大关系

除了常见的热塑性材料以外，基本符合以下条件的材料都可以使用FDM方法成形。

1）便于制成丝材；

2）熔点较低且高温情况下流动性较好；

3）高温下具有一定的粘结性，便于分层制造；

4）材料收缩率对温度不明感，成形后零件变形不严重。

根据打印要求不同，还可以在热塑性材料材料中添加短纤维、木材、导电材料、生物材料、金属材料等特殊材料FDM热塑性塑料能够满足对于高度要求配合紧密性、韧度和环境耐受性或特殊性质的应用。（图片来源于易生）1.FDM使用材料的特点FDM成形常用材料（2）符合以下条件的材料都可以使用FDM方法成形木质材料

不同的材料有着不同的成型温度、不同的收缩率以及不同的性能等。除了这些常用的材料外，FDM使用的材料还有俗称聚纤维酯的PPSF/PPSU、PEI塑料ULTEM9085以及水溶性材料，PPSF/PPSU是所有热塑性材料里面强度最高、耐热性最好、抗腐蚀性最高的材料，呈琥珀色，热变形温度接近190℃；PEI塑料ULTEM9085强度高、耐高温、抗腐蚀，热变形温度150℃左右，收缩率仅为0.1％～0.3％，稳定性极好。2.FDM成形常用材料FDM成形常用材料（1）工业级原材料FDM成形常用材料

3DSystems发布了最新的注塑材料VisiJetM3Black,这种新材料主要提供给ProJet3500/3510professional工业级3D打印机使用。VisiJetM3Black是目前3DSystems推出的最结实和最耐用的材料，它有点类似注塑的材料，能够经受严格的测试与使用。VisiJetM3Black非常适用于各种卡扣结构和强度要求非常高的应用场合。FDM成形常用材料（2）高强度超耐用的注塑材料2.FDM成形常用材料

Orbi-Tech是德国著名的3D打印丝材制造商，其发布了最新研发的打印丝材—BendLay。是由著名的德国设计师KaiParthy主持研发的。Bendlay是一种具有弹性的材料，该材料的特性就在于可弯曲并且有弹性。当ABS太硬、PLA又不够紧密的时候，Bendlay就有用武之地了。FDM成形常用材料（3）具有韧性可弯曲的新材料Bendlay材料特征：1）颜色清澈像聚碳酸酯。2）打印温度介于215°C到240°C之间。3）最好的粘附性在温度达到240°C的时候4）热稳定性与PLA材料接近5）Bendlay是由ABS改进而来，打印的成品适用于食物包装和医疗器械。6）吸水率仅为ABS材料的30%。7）应力弯曲后不会出现白点。8）可溶于丙酮，可使用丙酮对Bendlay材料表面进行抛光处理。2.FDM成形常用材料

意大利3NTR公司推出了一种专门为3D打印机配备的新型尼龙丝材。这种直径为3mm的聚酰胺-6丝材由99.9％PA6聚合物、无玻璃纤维和0.1％的肥皂缓和处理而成，且不含塑化剂。这种材料在灵活性上比不上Taulman的尼龙材料，但是在打印支撑结构时其抗腐蚀和动态负载的特性就是明显的优势。

这种聚酰胺-6材料有点类似ABS，打印的温度在240~280摄氏度之间，层厚设置小于0.25mm时其能发挥最佳的打印效果。支持的最高打印速度为70m/s，当打印速度为40m/s时能获得最大的粘附力。FDM成形常用材料（4）新型尼龙丝材2.FDM成形常用材料

知名3D打印服务商Shapeways近日发明一种名为ElastoPlastic的新型弹性3D打印材料。其最大的特点是即使成型之后，仍然具有一定的柔韧性，支持外界用力挤压、扭曲甚至是拉扯等，并且弹性十足，回弹效果十分出色。有趣的是，它还能够防水，可以作为容纳液体的容器使用。据悉这里材料支持3D激光打印机层层烧结成型。

不过它并不耐火、高温和不太适合制作细小的物件。目前它还处理测试阶段。FDM成形常用材料（5）新型弹性材料2.FDM成形常用材料

目前，3D打印技术打印材料多是环氧乙稀塑料（环氧乙稀树脂），这是一种耐久物质，但是打印出的物体光滑度不行。几家公司正在研究其他一些可兼容材料，这些材料也可以被熔融沉积型打印机兼容。

美国波特兰市的“潮流设计”建筑设计工作室里，已研究出一些持久并可生物降解的打印材料，这些材料使打印物独特纹理和光滑表面。盐，水泥，尼龙或者木浆和纸浆都是可能的材料。物体表面被涂了一层清漆或是使用了加固配件以保持物体的耐久性。FDM成形常用材料（6）新型生物降解材料2.FDM成形常用材料

德国Laywood-D3丝材是非常常用的打印材料，主要是由PLA和木粉混合制成的。打印出来的物件材质手感很不错，还带有特殊的木质香气。材料硬度不高，容易变形，不适合需要承载高强度应力的应用。FDM成形常用材料（7）材料：Laywood-D32.FDM成形常用材料

Taulman的“618”高强度尼龙聚合材料是专门为3D打印设计的材料。618材料虽然非常轻巧，但具有高的强度和耐久性。高强度的“618”尼龙材料另一个优点是，它很容易通过使用标准的织物染料（纺织品和纸张类染料）易进行染色。你可以非常简单地把材料染成任何你喜欢的颜色。染色后的材料可以正常地进行打印，唯一不同的是打印温度上升至235℃。FDM成形常用材料（8）彩色618尼龙材料2.FDM成形常用材料

巴黎时装周上模特在T台展示3D打印时装，是由Materialise公司发明的一种新材料：TPU92A-1构成，这种材料超强的物理性能。这种材料拥有非常好的弹性和韧性，能够在受到高强外力的情况下快速恢复原来形状。FDM成形常用材料（9）超韧性材料2.FDM成形常用材料02FDM成形支撑材料

支撑材料顾名思义是在3D打印过程中对成型材料起到支撑作用的部分，在打印完成后，支撑材料需要进行剥离，因此也要求其具有一定的性能，目前采用的支撑材料一般为水溶性材料，即在水中能够溶解，方便剥离。具体特性要求如下表：FDM成形支撑材料1.FDM成形支撑材料FDM技术对支撑材料的要求性能具体要求原因耐温性耐高温由于支撑材料要与成型材料在支撑面上接触，所以支撑材料必须能够承受成型材料的高温，在此温度下不产生分解与融化。与成型材料的亲和性与成型材料不浸润支撑材料是加工中采取的辅助手段，在加工完毕后必须除掉，所以支撑材料与成型材料的亲和性不应太好。

溶解性具有水溶性或者酸溶性对于具有很复杂的内腔、孔隙等原型，为了便于后处理，可通过支撑材料在某种液体里溶解而去支撑。由于现在FDM使用的成型材料一般是ABS工程塑料，该材料一般可以溶解在有机溶剂中，所以不能使用有机溶剂。目前，已开发出水溶性支撑材料。熔融温度低具有较低的熔融温度可以使材料在较低的温度挤出，提高喷头的使用寿命。流动性高由于支撑材料的成型精度要求不高，为了提高机器的扫描速度，要求支撑材料具有很好的流动性，相对而言，对于粘性可以差一些。

对于FDM打印机来说，打印复杂模型会采用支撑材料来协助打印，然而在这个过程中有的支撑材料去除难度大，耗时耗力；有的甚至会在去除完成后对模型造成一定损坏。为了配合高质量打印设计了一种水溶支撑材料——PVA水溶支撑材料。（图片来源于易生）FDM成形支撑材料2.常见支撑材料

某些零件为了获得较好的表面质量平滑的表面纹理，减少刮擦和切割的痕迹。除此在打印球轴承，球窝接头和笼式齿轮机构时可一次成形。（图片来源于网络）FDM成形支撑材料3.支撑材料使用案例

Stratasys采用蓖麻油开发了一款100%生物基可持续材料HighYieldPA11，以实现环保生产制造。蓖麻油以蓖麻籽制成，这种植物广泛生长在世界各地的热带区。根据巴斯夫(BASF)的数据，印度是目前最大的蓖麻籽生产国，供应量占世界总量的80%，即120万吨。在气候适宜的地区，蓖麻籽很容易生长。蓖麻籽的含油量在40%到60%之间，剩余部分通常被用作肥料。事实上，在合成材料被开发出之前，这种植物多年来都被用作发动机润滑油。此外，蓖麻油是一种不可食用的植物油，因此不会给食品行业带来竞争。由于其在化学上的多功能性，企业可以从蓖麻油中合成多种聚合物，例如环氧树脂、聚酰胺和聚酯，PA11便是其中之一。相比来源于石油的大多数FDM耗材，PA11的延展性、抗冲击强度和抗疲劳性都更为出色。FDM成形支撑材料3.支撑材料使用案例拓展部分

目前，生物基可持续材料PA11已经变成数以百万计的消费类电子产品、汽车、工业产品等领域高品质耐用终端零件，也验证了材料行业的发展对环境保护、碳中和和碳达峰的贡献。我们还可能需要什么样的3D打印材料，这些材料如何加工？小测验一、单选题1.市场上常见的3D打印机所用的打印材料直径为(A)A.1.75mmB.1.85mmC.2mmD.3mm2.市场上常见的3D打印机所用的喷嘴直径为(B)A.0.2mm