В настоящее время существует около 14 видов материалов, которые обычно можно использовать в 3D-принтерах, и на этой основе были объединены и усовершенствованы 107 видов материалов. Большинство этих материалов представляют собой проволоки, порошки или вязкие жидкости.
Технология 3D-печати существует уже несколько десятилетий. С момента его коммерциализации в 1980-х годах он широко использовался в машиностроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности, а также постепенно продвигался в таких отраслях, как строительство, медицинское обслуживание, культурное творчество и реставрация культурных реликвий.
В настоящее время существует четыре основных метода отверждения и формирования материалов для 3D-печати: нагрев, охлаждение, ультрафиолетовое облучение и лазерное спекание. При сравнении стоимости различных технологий моделирование методом наплавления (FDM), несомненно, является самой низкой общей стоимостью, поэтому его популярность относительно высока. С точки зрения материалов наиболее распространенными являются плавкие провода, а материалы в основном представляют собой АБС-пластик, синтетический каучук, литой воск и полиэфирные термопласты. В дополнение к наиболее экономичному моделированию методом наплавления (FDM), селективное лазерное спекание (SLS) в настоящее время является самой точной технологией 3D-печати, и многие медицинские модели и авиационные модели печатаются с использованием этой технологии. Однако из текущих практических приложений расходные материалы, доступные для 3D-печати, не очень богаты. Хотя технология 3D-печати костной мукой, гидрогелем, клетками и другими био{4}}чернилами в качестве расходных материалов также была разработана и успешно протестирована, приложения для дистанционного крупномасштабного производства также требуют длительного времени разработки.
С точки зрения материалов они делятся на металлические материалы, биологические материалы и не-металлические и не-биологические материалы в зависимости от их различий.
1. Основные металлические материалы
1) Титановый сплав является одним из наиболее важных конструкционных металлов, открытых человеком. Титановые сплавы широко используются в различных областях благодаря их сверх-высокой прочности, отличной коррозионной стойкости и стойкости к высоким температурам. Благодаря характеристикам материала титановые сплавы обладают такими преимуществами, как высокая прочность и низкая плотность, хорошие характеристики разгрузки, ударная вязкость и хорошая коррозионная стойкость. Годовой объем производства титановых сплавов в мире достиг более 40,000 тонн, и насчитывается более 30 видов титановых сплавов. Среди них наиболее широко используемыми титановыми сплавами являются ТИ6АИ4В (ТС4), ТИ5АИ2,5Sn (ТА7) и технический чистый титан (ТА1/ТА2/ТА3).
В основном используется в серии EOS компании M, 3D-системах компании SPRO серии оборудования для формования металлического порошка. Используется в аэрокосмической отрасли, производстве медицинских имплантатов, -высокотехнологичном производстве и т. д.
2) Железный и стальной порошок в основном относится к совокупности частиц железа диаметром менее 0,5 мм, черного цвета и является основным сырьем для порошковой металлургии. С точки зрения свойств материала полностью чистое металлическое железо имеет серебристо-белый цвет. Причина, по которой железный порошок имеет черный цвет, связана с поглощением света. Стальной порошок имеет высокую прочность, высокую гладкость поверхности, сильную коррозионную стойкость и низкую гибкость.
В основном используется в серии EOS компании M, 3D-системах компании SPRO серии оборудования для формования металлического порошка. Для промышленного производства, проектирования моделей, строительства и т. д.
3) Использование порошка алюминиевого сплава в области 3D-печати очень похоже на использование порошка титана и порошка железа и в основном используется в оборудовании для селективного лазерного спекания (SLS).
4) Другие металлические материалы для 3D-печати включают золото и серебро, вольфрамовый сплав, медный сплав и т. д.
2. Материалы биоматериалов
1) Технология 3D-печати биоматериалов открыла очень широкие перспективы в биомедицинских областях, таких как регенеративная медицина, тканевая инженерия, разработка лекарств и медицинских средств. Основные используемые материалы включают живые клетки, биомедицинские полимерные материалы и неорганические материалы. , гидрогелевые материалы, полиэфирэфиркетон (PEEK).
2) PEEK — это конструкционный пластик с превосходными эксплуатационными характеристиками, стойкостью к высоким температурам, само-смазыванием, химической стабильностью, стойкостью к излучению и электрическими свойствами, а также превосходными механическими свойствами, который можно использовать в машиностроении и аэрокосмической промышленности. . В области биомедицины PEEK обладает отличной биосовместимостью. По сравнению с имплантатами, изготовленными из металлических материалов, его модуль упругости ближе к модулю упругости кости человека, что значительно уменьшает разрыв между модулем упругости металла и кости человека. Механические свойства имплантатов PEEK могут соответствовать нормальным физиологическим потребностям человеческого организма, поэтому PEEK является хорошим материалом для ортопедических имплантатов. По сравнению с металлическими имплантатами модуль упругости PEEK близок к модулю кортикальной кости. Во-вторых, PEEK может передавать рентгеновские снимки, компьютерную томографию или магнитно-резонансную томографию без артефактов, что упрощает мониторинг роста костей и процесса заживления.
3. Помимо металлов и биоматериалов, к другим материалам для печати относятся пластмассы, светочувствительные смолы, воски, гипс, нейлон, керамика.
1) Пластмассовые материалы также называются смолой, которая может свободно изменять свою форму и стиль и очень удобна в использовании. В промышленной сфере ПП/ПЭВП/ПЭНП/ПВХ/ПС входят в пятерку лучших пластиков общего-назначения. Но в 3D-печати чаще всего используются материалы ABS и PLA. Они в основном используются в машиностроении, дизайне моделей, образовании и медицинском обслуживании, производстве одежды и т. д.
2) Светочувствительная смола широко известна как бестеневой клей, отверждаемый УФ-излучением, или УФ-смола (клей). Фоточувствительные смолы обычно хранятся в жидком состоянии и часто используются для изготовления высокопрочных-, термостойких, водонепроницаемых и других материалов. С появлением технологии SLA 3D-печати этот материал стал использоваться в сфере 3D-печати. Традиционные светочувствительные смолы используются в ювелирных изделиях, моделировании, машиностроении и т. д., а высокоэффективные -светочувствительные смолы используются в крупномасштабном -производстве потребительских товаров и промышленных конечных продуктов.
3) Температура замерзания воска относительно высокая, 38-90 градусов. Наиболее распространенным профессиональным восковым 3D-принтером является серия PROJET 3500 американской компании 3D systems. Воск для 3D-печати — это специальный промышленный воск. Окончательный эффект печати очень тонкий, поверхность объекта гладкая и насыщенная текстурой, с хорошими деталями и превосходной точностью. градусов, как показано на рис. В основном используется для литья ювелирных изделий, микромедицинских устройств, медицинских имплантатов, статуэток и т. д.
4) Гипсовый материал является одним из пяти основных гелевых материалов, а гипс, используемый для оборудования для 3D-печати, обычно представляет собой белый порошок. Гипсовый порошок в основном используется в качестве принтера для трехмерной печати (3DP). Сопло связующего может быть дополнено картриджами с цветными чернилами одновременно, а цвет интегрируется в связующее во время печати, чтобы окрасить модель, что делает этот процесс актуальным. Наиболее зрелый полный- Технология цветной 3D печати. В основном используется для проектирования моделей, машиностроения, образования и медицинского обслуживания и т. д.
5) Нейлоновые материалы также известны как устойчивые колеса (PA). Нейлоновые материалы обычно представляют собой белые очень мелкие порошкообразные предметы. Нейлоновые изделия для 3D-печати обладают характеристиками высокой прочности, высокой точности, хорошей ударной вязкости и т. д. и могут выдерживать определенное давление. Обычно используется в сложных моделях, концептуальных моделях, небольших моделях, освещении и функциональном производстве.
6) Керамические материалы обладают отличными характеристиками при высоких температурах, высокой прочностью, высокой твердостью, низкой плотностью и хорошей химической стабильностью, что делает их широко используемыми в аэрокосмической, автомобильной, биологической и других отраслях промышленности. В соответствии с различными формами керамических материалов для формирования могут использоваться различные технологии 3D-печати. Общие методы следующие:
А. Моделирование методом наплавления (FDM), в котором в основном используется керамическая паста для изготовления фарфора для просмотра и использования.
B. Внешний вид стереолитографии (SLA) с использованием керамической суспензии, смешанной со светочувствительной смолой, в основном используемой в стоматологических продуктах, имплантатах, ювелирных изделиях и т. Д.
C. Селективное лазерное спекание (SLS) с использованием керамических порошковых материалов. Из-за относительно низкой точности и высоких требований к порошку эта технология мало используется.