从零开始3D打印

前言

计划上这是3D打印系列的最后一篇了，不过之后可能还会再水一篇关于模型和支撑以及一些使用心得的番外。  

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从零开始3D打印——理论篇

从零开始3D打印——结构篇

言归正传，事实上，不论成型原理，目前3D打印的主力耗材依然是高分子聚合物，也就是所谓的塑料。塑料虽说是21世纪最普遍应用的材料，但是塑料的主要加工方式（注塑，挤压，浇铸等）基本上都是依赖模具的，只适合规模化生产。而创客的作品往往都是产品原型，不需要成批生产。3D打印的普及恰好解决了这一痛点，让创客得以方便的使用塑料这一材料自由的制作出自己想要的结构，这也是我一直以来对3D打印抱有如此高评价的原因。很多时候，你的原型与真正拿得出手的产品之间只差一个高度定制的外壳。  

接下来简单说一说3D打印耗材。需要说明的是，一直以来我的介绍都侧重于桌面级或者DIY这类机型，因此这篇也不例外，分FDM耗材和DLP耗材两部分，至于更高端的SLS……呵呵（别问，问就是穷）  

FDM机型耗材

FDM机型所使用的耗材通常称作料丝（filament），顾名思义，就是很长的线径均匀的固体丝状塑料，像电线一样盘成一卷，直径分为1.75mm和3mm（2.85mm）两种。材质通常是聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、丙烯腈-丙烯酸-苯乙烯(ASA)、聚酰胺(PA)、改性聚碳酸酯(PC)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚丁二醇对苯二甲酸酯(PBT)、聚乙二醇对苯二甲酸酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚乙烯缩丁醛酯(PVB)、聚乙烯醇(PVA)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)以及聚己内酯(PCL)。下面会针对各种材料详细介绍。

但是在此之前，先解释一下几个小问题。由于上述材料都是塑料，生产过程中势必会添加各种添加剂，我所列的加热温度仅供参考，以你购买的耗材说明为准。此外下文提到的“力学性能”含义相当宽泛，工程上的力学性能实际上是涉及到强度韧性塑性硬度等多项技术指标的复杂概念，毕竟民用机打印个塑料部件也结实不到哪去，所以力学性能一词仅供参考。此外各种耗材泛用性都很强，也就是什么都能打，但是由于材料特性在打印某些零部件时会有更好的表现，请不要误解为该耗材只能打印xxx。  

另外，除了塑料，FDM还可以打印蜡丝，不过这个真的太少见了所以不介绍了。　　

PLA 聚乳酸

最常用的耗材，没有之一。通常用玉米/甘蔗提取物生产，可生物降解，因此十分环保而且价格低廉，打印时也没有异味。打印温度为190℃-220℃，除了PCL之外在所有FDM耗材里温度最低，同时热膨胀率也比较低，无需热床也不需要担心翘边，因此和价格低廉的入门级开放式打印机可谓是相得益彰，同时也是超大型打印的唯一指定耗材。此外虽说定位是入门级耗材，成型质量却相当优秀，层与层之间粘接紧密，层纹相对不那么明显（得益于熔化后较为粘稠的物理特性），同时耗材内会掺杂各种东西以实现不同的质感，例如仿丝绸、仿木、仿陶瓷、仿金属、可变色耗材的基材都是PLA，打印温度范围也完全相同。  

但是恰恰因为熔化后较为粘稠，极易在喷头内腔附着和延展，PLA耗材极易造成堵头这类问题，使用润滑油预处理喷头内腔并且打印时持续润滑料丝（在挤出齿轮和喷头之间加装浸润海绵）可以有效改善甚至避免这个问题，此外PLA的各项力学性能都相对较差，因此不适合打印承重部件。  

ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料

目前第二常用的耗材，同时在3D打印领域拥有悠久的历史，也是最先应用于工业3D打印的材料之一。ABS还是销量最大的热塑性工程塑料，作为适合工程使用的塑料，ABS拥有相当出众的力学性能，韧性和抗冲击性都非常优秀，尤其适合用来做桁架这类承重结构，耐磨性也比较好，而且价格也相对较低。打印温度为210℃-250℃，比PLA高不了多少，但是热膨胀率较高，因此必须配备热床，如果打印机有封闭外壳用来保温效果会更好，但是要配备换气风扇，因为ABS耗材加热后会产生刺激性气味。此外ABS熔化后不像PLA那样会糊成一滩，因此打印顺畅不易堵头，但是层间粘接性也相应的比较差，层纹较为明显，打印后需要额外打磨抛光才能获得表面质量说得过去的打印件。  

还有一点蛮有意思的是ABS是工业上最常用的电镀塑料（实际上包括下文提到的大多数塑料都可以电镀），电镀容易且镀层牢固，有条件的玩家可以电镀一下以获得金属外观。  

ASA 丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸塑料

从这开始往后都是相对不那么常见的耗材了，毕竟PLA和ABS已经可以满足绝大多数业余玩家的需求。之所以把ASA放到这是因为它和ABS组分很接近，只是把丁二烯替换成了丙烯酸橡胶。因此ASA的打印方法和力学特性和ABS差不多（温度稍高，在235℃-260℃），区别在于ASA耐候性极强，可以抵御紫外线、风化、氧化等多种侵蚀，抗老化性能十倍于ABS，因此很适合打印各种外壳，或是长期驻留室外的东西（例如个人气象站）。  

PA 聚酰胺

此物有一个更通俗的名字叫尼龙，打印温度高达230℃-270℃，需要热床，各项力学性能都比较优良的基础上抗冲击性和耐磨性更为突出，再加上表面光滑这一特性，尼龙非常适合打印齿轮凸轮蜗轮蜗杆这类零部件，虽然受限于打印机精度无法打印轴承，但是由于摩擦系数较小，直接打印无轴承铰链也是可以的。尼龙粉末也是SLS最常用的耗材之一。

PC 聚碳酸酯

这里的PC和我们家用的PC可不是一个概念（笑），PC的打印温度在230℃-270℃，需要热床，层间粘接力相对较强，各项力学性能都很棒，可以看做ABS的等位替代（但是ABS便宜啊），最主要的是打印时不会有异味。此外PC耐热绝缘，很适合插头插座之类的家电DIY，耐弱酸弱碱可以用来打印盛液体的容器（含双酚A所以不能入口），但是不耐紫外线所以不要丢进紫外消毒柜消毒。  

TPU 聚氨酯

很有特色的耗材，因为TPU具有弹性，弹性较橡胶略弱，兼具耐磨性。由于弹性的存在，导致TPU只能使用近程挤出的方式打印，速度要放慢，且需要关闭料丝回抽功能，不能打印很高的物品（因为上部会晃动）。打印温度为190℃-210℃，本身有弹性无需热床。适合打轮胎之类的弹性体，但是需要注意的是不适合打弹簧，因为弹簧的弹性并不是来自于材料的弹性。  

PBT 聚丁二醇对苯二甲酸酯

著名键帽材料，然而实际上PBT的特性是耐150℃高温，可于140℃下长期工作，具备优良的韧性，抗疲劳性，自润滑性，而且摩擦系数较低。由于是结晶型塑料，所以打印温度区间较窄，在230℃-240℃。不太容易翘边，加不加热床都可以，大件的话最好加一下。  

PET 聚对苯二甲酸乙二酯

把楼上的丁二醇组分换成乙二醇，就得到了PET，然而特性大不相同。PET是ABS的上位替代，综合性能接近ABS，但是具备更好的韧性和耐候性。打印温度230℃-260℃。  

PETG 改性聚对苯二甲酸乙二酯

比楼上组分多了1,4-环己烷二甲醇，因此特性也大不相同。韧性和抗冲击性比楼上还要好，具备柔性，表面光泽度也高，因此适合打印一些柔性机械。不过最大的特点是耐酸碱并且满足食品标准，能打印水杯之类的（其他耗材做得到吗！）。应当注意的是，耗材通常都会有添加剂，原则上不建议3D打印制品入口，除非耗材本身表明打印产物可与食品接触。  

PP 聚丙烯

抱歉，在下真的做得到（捂住楼上的嘴）。PP的特点是高韧性和高耐磨，而且满足食品标准，同样适合制作水杯，但是熔点仅有165℃，因此不能用盛放炒菜炸鸡之类的高温食物。不过我之前买的PP耗材打印温度为220℃-250℃，推测是添加了其他成分。应当注意的是，耗材通常都会有添加剂，原则上不建议3D打印制品入口，除非耗材本身表明打印产物可与食品接触。（你没看错，从楼上一字不差复制的）。  

PVB 聚乙烯缩丁醛酯

非常少见的耗材，特点是抛光后blingbling很亮，非常适合用来打印秃头（雾）。打印温度在190℃-220℃，不易翘曲因此无需热床，不过软化温度只有65℃左右，耐热性极差。

PVA 聚乙烯醇

大名鼎鼎的水溶性耗材，除了可以溶于水之外没什么特别的，工业上用途还挺多，但是3D打印领域通常用于打印支撑结构方便去除。

HIPS 高抗冲聚苯乙烯

和楼上差不多，也用于可溶性支撑，不过不溶于水而是溶于柠檬烯，各项特性和打印条件都和ABS差不多，因此通常和ABS一起使用，热膨胀率很低，不易翘边。

PCL 聚己内酯

把它归为3D打印耗材其实有些牵强，因为PCL通常用作3D打印笔的耗材，主要原因是PCL的打印温度极低，仅有80℃-120℃。如此低的温度自然也不需要热床了，其他没什么特别的，反正一般也不会用到。

SLA/DLP耗材

反正你们也用不到，先鸽为敬！（咕咕咕）

完结撒花！