【南极熊3D打印文化】别再找了，史上最全的FDM高分子材料都在这里了

FDM（熔融沉积成型）技术的成型材料主要为热塑性材料，我们主要介绍目前市场上FDM技术使用的七种材料：ABS、PLA、PC、PP、合成橡胶、PPSF和PEI。

1 ABS

ABS（AcrylonitrileButadiene Styrene）是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高强度及高光洁度。由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚成的工程塑料ABS，具有强度高、韧性好、稳定性高的特点，是一种热塑性高分子材料结构。

ABS的材料种类很多，有象牙白、蓝色、玫瑰红色、黑色等，广泛地应用于汽车、纺织、电子电器等领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。ABS是目前产量最大、应用最广泛的聚合物之一。

ABS各色材料图

在3D打印中，ABS是FDM成型工艺常用的热塑性工程塑料，但不能生物降解。ABS良好的强度、柔韧性、机械加工及抗高温性能常常使其成为工程师的首选塑料。另外，它具有极好的耐磨性和抗冲击能力。ABS物件在3D打印过程中最大的障碍就是与3D打印机的工作平台直接接触的表面易出现翘曲，这就需要提前加热打印平台（一般50～110℃）.

利用ABS材料打印的工业部件（图片来源：Stratasys）

利用ABS材料制作的游戏手柄外壳（图片来源：南极熊）

2 PLA

PLA即聚乳酸，又名玉米淀粉树脂，是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（玉米）所提取出的淀粉原料制备而成，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。聚乳酸的加工温度为170℃～230℃，具有良好的热稳定性和抗溶剂性，被广泛应用于服装、工业和医疗等领域。

基于玉米淀粉的各色PLA线材

PLA一经问世就被认为是迄今为止最有市场潜力的可生物降解聚合物而备受关注。EMS伊文达-费希尔（Inventa -Fisher）公司将基于PLA的生物降解聚合物生产工艺推向工业化，该公司与德国AIB农业技术研究院和FIAP聚合物研究院合作，在德国农业部的支持下，开发了基于淀粉的技术生产PLA。在我国，越来越多的塑料加工企业也参与了PLA的研发和生产。

PLA在3D打印过程中不会像ABS那样释放出刺鼻的气味，变形率仅是ABS耗材的1/10到1/5。PLA对人体无害和可完全生物降解的特性使得PLA在生物医药领域是最具发展前景的材料之一。聚乳酸对人体有高度安全性，可被组织吸收，可应用在生物医疗的诸多领域，如一次性输液工具、免拆手术缝合线、人造骨折内固定材料等。

3D打印的PLA骨折固定装置（图片来源：3ders）

注意：当我们使用家庭3D打印机的时候一般没有防护措施。美国和法国科研人员发表了一项科研成果，表明桌面3D打印机能够散发出许多的超细微粒。超细微粒通常都很容易进入到人体的气管和肺部，并被吸收到血液循环系统，因而长期接触就有可能引发一些健康问题。研发者发现，打印ABS的颗粒排放量为PLA的10倍。

然而，PLA作为3D打印耗材也有其天然劣势。打印的物体强度低于ABS，抗冲击能力不足，在高温环境下会变形等问题，在一定程度上影响了PLA在3D打印领域内的应用。

PLA各色制品（图片来源：Polymaker）

3 PC

聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）是一种20世纪50年代末期发展起来的无色高透明度的热塑性工程塑料。PC材料具有耐冲击、韧性高、耐热性高、耐化学腐蚀等特点，被广泛应用于眼镜片、饮料瓶等各种领域。聚碳酸酯最早由德国拜尔公司于1953年研发制得，并在20世纪60年代初实现工业化，90年代末实现大规模工业化生产。

PC粒料

目前，国内外都非常重视PC材料在3D打印技术中的应用，PC材料是一种综合性能优越的工程塑料，成型收缩率小，尺寸稳定性高，在建筑行业、汽车制造工业、医疗器械、航空航天、电子电器等领域都有广泛应用。据统计，一架波音型飞机上所用PC部件多达2500个。

利用PC材料打印的工业部件（来源：南极熊）

PC材料3D打印成品（图片来源：南极熊）

4 聚丙烯（PP）及模拟聚丙烯材料

PP即聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，其无毒、无味，强度、刚度、硬度耐热性均高于聚乙烯,可在100℃左右使用，具有良好的介电性能和高频绝缘性且不受湿度影响。缺点是不耐磨、易老化。适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱等有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。

聚丙烯3D打印模型

模拟聚丙烯材料是一种新型的可用于3D打印的聚合物材料，它在很多方面模拟了聚丙烯在强度和耐热性方面的优点，同时也弥补了聚丙烯材料在韧性和低温脆性等方面的不足。由于模拟聚丙烯拥有着亮白的颜色以及极佳的表面光洁度、光滑的触感，它在家用电器、日常消费品、汽车部件及实验室设备的原型制作方面都非常使用。

模拟聚丙烯材料

5 合成橡胶

在四大工业基础原料——天然橡胶、煤炭、钢铁和石油中，天然橡胶是占有一席之地的。在四大原料之中，又是唯一的可再生资源。从橡胶发展的历史看，1900年可以作为一个分水岭，之前人类对橡胶的认识与利用仅仅局限于天然橡胶，之后则慢慢进入人工合成橡胶阶段。橡胶发展历史中几个值得纪念的大事件如下：1826年，Hancock发明开放式炼胶机，实现了橡胶的塑炼；1839年，Goodyear发现硫黄和碱式碳酸铝可以使橡胶硫化，橡胶性能得到大幅提升；1904年，S.C. Mote发现炭黑对橡胶的补强作用；1909年，霍夫曼获得世界第一项合成橡胶专利；1955年，美国人利用齐格勒-纳塔催化剂人工合成了结构与天然橡胶基本一样的合成天然橡胶。1888年，Dunlop发明的充气轮胎在汽车工业中的大量应用，是橡胶工业得以起飞的直接原因。目前有超过一半的橡胶消费量被用于制作轮胎制品。第一次和第二次世界大战的战争需求也极大地促进了橡胶的发展，时至今日，橡胶仍然是世界各国所关注的重要战略物资。

用于FDM技术的橡胶线材（图片来源：南极熊）

统一将用化学方法人工合成的橡胶称为合成橡胶，能够有效弥补天然橡胶产量不足的问题，合成橡胶一般在性能上不如天然橡胶全面，但它具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或低温等性能。3D打印的橡胶类产品主要有消费类电子产品、医疗设备、卫生用品、汽车轮胎以及绝缘材料等。

利用合成橡胶3D打印的物件（图片来源：3dprint.com）

6 PPSF

聚亚苯基砜（Polyphenylsulfone, PPSF）是支持FDM技术的新型工程塑料，其颜色为琥珀色，材料热变形温度为189℃，适合高温的工作环境。PPSF可以持续暴露在潮湿和高温环境中而仍能吸收巨大的冲击，适用于冲击强度高、耐应力开裂和耐化学腐蚀的材料。

通过3D打印技术制作的PPSF物件坚如硬木，可承受高温高压，具有良好的机械性能，被广发应用于电子、汽车和医疗等领域，另外，PPSF无毒，可与食品和饮用水直接接触，获得了美国FDA认证。无论是从经济发展的需求，还是从经济效益来考虑，PPSF的开发和应用都是相当必要的。

PPSF材料制品

7 PEI

聚醚酰亚胺（Polyetherimide,PEI）材料针对FDM工艺，具有完善的热学、机械以及化学性质，PEI在高温下具有高强度、高耐磨性以及尺寸稳定性，是航空航天、汽车与军队应用产品的理想之选。美国通用公司的PEI商品名为“ULTEM”，在线路板、照明设备、液体输送设备、医疗设备、飞机内部零件和家用电器等领域有着广泛应用。其中ULTEM 9085材料是ULTEM材料中应用最广泛的，具有优越的综合性能。

利用ULTEM 9085材料打印的工业物件（图片来源：SolidSmack）

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