增材制造的主要原材料.pptx

;本章重点;;3.1.1塑料材料;（1）热塑性塑料

热塑性聚合物常在材料挤出和粉末床熔融工艺中使用。虽然两种工艺都涉及热层粘附，但使用的机理不同。无定形热塑性塑料最适合材料挤出，而半结晶聚合物通常被用于粉末床熔合。

①用于材料挤出的热塑性塑料

对于材料挤出工艺，因其熔体特性，应优选非晶态热塑性塑料。这些聚合物，普遍包括ABS和PLA，在较宽的温度范围内软化到熔融温度，形成了适用于在0.2~0.5mm直径的喷嘴中挤出的高粘度材料。

材料挤出工艺需要通过后处理必须去除支撑突出部位。后处理中一般用以下两种方法：

1）第一种方法是采用相同材料制成低强度的格子结构与零件连接

2）第二种是更复杂的方法，通过双头系统采用蜡基或乙烯醇（PVA）材料制成的支撑体，在后处理阶段，通过熔化或溶解去除载体。PVA是用于PLA模型材料的水溶性支撑材料。通常，在挤出材料的沉积轨道之间会存在空隙，使得挤出材料机械性能变差，并且存在各向异性效应。

?;②用于粉末床熔融的热塑性塑料

粉末床熔融使用红外激光（通常直径为10μm的CO2激光束）或红外射线IR或紫外线UV热源（灯），用于熔化大部分半结晶粉末原料。用于粉末床熔融最受欢迎的半结晶材料聚酰胺12（尼龙）的熔融反应如图3-1所示，它的熔点比结晶温度高约35℃。通过将AM制造温度设置在这两个温度点之间，被激光熔化的材料会保持熔融并与周围未熔化的粉末处于热平衡，最终在构建后均匀地发生重结晶，从而降低残余应力。;当需要控制零件的性能和结构，且超出了材料的固有热特性时，原材料制备就比较复杂。材料的粉碎，可以将不混溶聚合物通过耗散（Dissipation）、低温研磨或共挤等方式来制备。粉末床熔融原料特性如图3-2所示。;分辨率主要取决于二氧化碳激光光斑尺寸和电流计偏转角，其定义了XY平面中的视点大小和位置。表面质量主要受扫描工艺参数、扫描速度、分层厚度和粒径的影响。因为周围未熔化的粉末温度很高，零件的尺寸精度也会受热膨胀等不利因素的影响。

加工过程中分子链的热膨胀会导致熔体的粘度出现梯度，这对粉末床熔融加工很不利，最终会导致部件表面的“??皮”效应。严格的粉末回收管理对于防止这一问题至关重要。通过将新加入的30%~50％粉末与溢流粉末及零件本体混合所产生的粉末混合物，可以有效的优化粉末的循环性和原料性能。另一方面，分子量增加会提高零件的机械性能和层间结合力。

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现列举几种在增材制造中常用的热塑性材料的性能特点：

;2）PLA

PLA是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提取的淀粉原料制成。它具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境。

PLA在医药领域应用也非常广泛，如用在一次性输液器器械、手术缝合等。打印PLA材料时有棉花糖气味，不像ABS那样出现刺鼻的不良气味。PLA收缩率较低，打印时能直接从固体变为液体。由于PLA材料的熔点比ABS低，流动较快，相对而言，不易堵塞喷嘴。PLA易受热受潮，并不适合长期户外使用或在高温环境工作。加热时，从空气吸收的水分可能会变成蒸汽泡，这可能会影响某些挤出机的正确加工。图3-3所示为FDM打印机的打印耗材。;3）PC

PC全名为聚碳酸酯，它具有耐热、抗冲击、阻燃、无味无臭对人体无害符合卫生安全等优点，可作为最终零部件使用。PC材料的强度比ABS材料高出约60%，具备较高的工程材料属性。PC的性能明显超过ABS和PLA，所以使用在加热床上势在必行。温度高于60°C的加热床可以克服其分层问题。同时，PC容易吸收空气中的水分可能会导致加工过程中出现问题。

4）PPSF/PPSU

PPSF/PPSU是FDM热塑性塑料里面强度最高、耐热性最好、抗腐蚀性最高的材料，能通过γ、ETO以及高温灭菌器杀菌，通常作为最终零部件使用。

5）ABS-M30i

ABS-M30i是一种高强度且无毒的材料，通过生物相容性认证，用于制作医学概念模型、功能性原型、工具及生物相容性的最终零部件。;6）PC-ABS

PC-ABS是一种应用最广泛的热塑性工程塑料，具备了ABS的韧性和PC材料的高强度及耐热性。大多应用于汽车、家电及通信行业，主要用于概念模型、制造工具及最终零部件等。

7）PA（聚酰胺）

PA在商业上普遍被称为尼龙。在市场上可以找到不同种类的聚酰胺与其它物质的混合物。制件具有柔韧性和耐磨性。与ABS和PLA不同，PA脆性低，因此强度较高。作为半结晶热塑性材料，PA在每个单层沉积后冷却时比其他材料收缩更多。由于这个原因，它比ABS和PLA更容易弯曲。

8）PEEK

聚醚醚酮是一种性能比较优异的半结晶热塑性塑料PEEK，具有高强度、耐热、耐水解、耐化学性能好以及环保无毒等优点。PEEK对侵蚀