3d打印新材料关键技术，9款3D打印材料的最新前沿进展

根据ASTM2021 年增材制造国际会议 (ICAM)，材料是实现3D打印规模化的一大挑战，增材制造-3D打印作为典型的数字化制造技术，从设计到生产再到质量保证（QA）的整个工作流程中都运转着海量的数据。增材制造设计的复杂性与材料、生产参数、质量要求等众多因素相互依存，面对巨大的复杂性，如何激发增材制造技术的潜能，使之成为一种用于生产的制造技术？材料成为关键的因素。

全球范围内的高分子材料企业、金属材料企业和其他材料制造商正在不断开发适用于3D打印的新材料。本期，3D科学谷与谷友共同来领域百花齐放的3D打印材料新进展。

3D打印具有双相显微组织的新型高熵合金粉末可实现具有复杂几何形状的结构部件

© 欧瑞康

材料推动3D产业进步

根据ACAM亚琛增材制造中心，增材制造在多功能材料方面的愿景为无限组合的材料与技术，而最终的目标是点击即生产。

Altana 推出两种新型高性能树脂

Altana 推出的Cubic Ink高性能材料组合中用于最终用途的增材制造对象，Cubic Ink 3D打印材料系列包括“高性能”系列和“原型制作”系列，均在所属类别材料领域中提供了高的耐热性和柔韧性，特别是折射率可调的原型牙科材料和透明材料令这一产品组合更加完美。Cubic Ink打印材料具有加工友好性，如低粘度和树脂稳定性，以及满足最终部件要求的其他性能。

Cubic Ink 3D打印材料

© Altana

两种树脂基Cubic Ink打印材料分别为：

高性能材料，包括以下4个系列：

（1）VP 1系列：凭借超过190℃的热变形温度，这些坚硬的固态材料专为极高温度下使用的高要求应用而设计，也就是说，即使在高温下长时间使用，依然具有极高的热变形温度和稳定性。

（2）VP 2系列：这是适合终端应用的固态热成型材料，低粘度使其能够快速打印，可调整的力学性能和热机械性能确保了其应用范围广泛。

（3）VP 3系列：该系列材料的柔韧性可调，能承受高变形，也就是说，即使在低温下也能灵活使用这些材料。

（4）VP 4系列：这种高分辨率材料在低粘度下能够在耐热性与脆性之间达到良好平衡，此外还拥有良好的力学性能、热机械性能以及其他可调整的属性，因此能够实现快速、高分辨率的打印，满足高设计自由度要求。

2. 原型制作材料，包括以下4个系列：

（1）强韧系列（600 VP）：这种分辨率极高的材料适用于原型制作和拥有良好化学稳定性的一般应用，满足极高的设计自由度要求。

（2）刚性系列（200 VP）：这种材料尺寸稳定性好，硬度可调，适用于制作功能原型。

（3）牙科系列（100 VP）：这种材料适用于牙科应用，能实现高效率、高分辨率的打印，硬度可调，通过简单的后处理可以实现最大的设计自由度。

（4）透明系列（401 VP）：这些具有特殊光学效果的材料拥有高透明度及可调整的折射率。

目前正在推出的Cubic Ink打印材料系列扩大了Altana集团用于工业化3D打印的开创性解决方案的应用范围，尤其为汽车、航空及医疗技术领域的用户开辟了全新的可能。

赢创提供两种新型光固化树脂

德国化工公司赢创通过推出两种用于工业 3D 打印的新型光敏聚合物INFINAM RG 3101 L 和 INFINAM FL 6300 L，扩大了其 INFINAM 材料组合。

3D打印无人机的组件可以由 Infinam RG 3101 L 制成

© 赢创

INFINAM RG 3101，设计用于SLA 和 DLP 3D打印技术。该材料经过精心设计，具有出色的抗冲击性和耐高温性，同时在较长时间内保持热机械性能。该材料可用于3D打印部件，例如无人机、带扣和汽车部件，这些部件在受到强力作用时能够抵抗断裂。

自2019年以来，赢创与维也纳3D打印公司Cubicure合作开发了第二款产品INFINAM FL 6300 L。据两家公司称，Cubicure的热光刻3D打印技术使其能够处理高粘性光固化聚酯基第一次使用树脂。

热光刻与传统立体光刻不同，它利用光诱导聚合在升高的加工温度下创建零件，从而促进更广泛的可加工组件。INFINAM FL 6300 L是第一种适合工业生产的弹性体，与Cubicure的热光刻工艺兼容。根据赢创的说法，这种树脂可以用类橡胶材料生产复杂的结构，除了具有出色的低温弹性外，还可以实现高达一百万次负载变化的动态负载循环。

Biores医用硅胶

3D打印适用于耳机、助听器、腕带和医疗器械部件等具有人体工学功能的高精度零件。

© B9Creations

美国立体光刻 3D 打印机制造商 B9-Creations 推出了弹性树脂 Biores-Silicone。生物相容性塑料与B9Creations自所拥有的医疗领域 3D 打印解决方案相结合，能够实现与皮肤接触的定制医疗和技术产品。

正如 B9-Creations 所宣布的，这种医用硅胶结合了生物相容性、高精度、表面质量和抗撕裂性，并通过了 ISO 90993 认证，可延长皮肤接触时间长达 30 天。这种树脂所3D打印的产品可以弯曲、紧密压缩，并能承受反复循环而不会开裂。这使其适用于具有人体工程学功能的高精度零件，例如耳机、助听器、手镯和医疗设备的组件。

Formlabs 全球首款防静电光敏ESD 树脂

3D打印防静电光敏ESD 树脂旨在为电子、汽车和航空航天行业开辟新的应用

© Formlabs

Formlabs的ESD 树脂进行 3D 打印定制工具、夹具和固定装置来降低风险并提高制造产量，保护您的关键电子元件不受静电放电影响。ESD Resin 是一种经济高效的解决方案，用于生产设计用于在工厂车间使用的静电耗散部件。

适用于：

- 用于电子制造的工具和夹具

- 防静电原型和最终用途组件

- 用于组件处理和存储的定制托盘

作为 SLA 3D 打印行业中具有成本效益、坚固耐用的优质材料，ESD 树脂为在电子、汽车和航空航天行业开辟新的 3D 打印应用提供了机会。

3D Systems的Figure 4 Rigid 140C

适用于发动机舱零部件和电气部件的高性能光聚合物

Figure 4® Rigid 140C Black 可制造真正耐用的功能性塑料部件，履行了增材制造的承诺。Figure 4 Rigid 140C Black 是一种包含两种成分（环氧树脂/丙烯酸酯）的混合材料，使用它生产的生产级品质部件在各种环境中均能保持长期机械稳定性。

这种创新型材料采用专利填料制成，其韧性与注塑聚丁烯玻璃纤维 (PBT GF) 相当。

采用 Figure 4 Rigid 140C Black 生产的发动机舱零部件，在高温操作寿命 (HTOL) 测试中表现出出色的可靠性。这些部件还表现出良好的部件间摩擦性能。由于其能够保持结构特性，此材料堪称杠杆、旋钮和离合器等工业应用的理想材料。根据 ASTM D4329 和 ASTM G195 标准规定的方法对材料进行的测试显示，Figure 4 Rigid 140C Black 拥有相当于八年室内和一年半室外环境的稳定性。

应用

• 汽车发动机罩内部和驾驶室内部组件
• 最终用途的夹片、外罩、连接器、外壳和紧固件
• 电气栓锁和板连接器

优势

• 零件可耐受多年室内紫外线光照和潮湿暴露，且尺寸稳定性或功能性能降低极少
• 表面光洁度与注塑成型零件相当
• 适合反复使用的卡扣连接，不变形

特征

• 用途广泛，具有出色的伸长率、热变形温度和抗张强度
• 机械特性和性能可在环境中保持长期稳定性
• 良好的零件间摩擦性能
• 出色的表面质量、精确度和可重复性
• 符合 ISO 10993-5 标准的生物相容性要求
• UL94 HB 可燃性
• 在 135℃ 下热固化所需时间短

Figure 4 Rigid 140C Black 经过精心设计，具备长期环境紫外线和湿度稳定性。这意味着，经过测试，此材料具有在一段时间内保留高初始机械特性百分比的能力。如此就提供了在实际设计应用或部件时需要考虑的条件。

© 3D Systems

与碳氢化合物和清洁化学品之间的兼容性对于应用兼容性至关重要。Figure 4 Rigid 140C Black 部件根据 ASTM D543 和 USCAR2 测试条件进行了密封和表面接触兼容性测试。抗张强度如下所示。完整数据表包括缺口抗冲击强度、拉伸模量和断裂伸长率的额外数据表。

Raise3D三款Industrial系列材料

Raise3D上线三款Industrial系列材料，可应用于工业生产领域的高性能PPA纤维增强3D打印线材：Raise3D Industrial PPA CF, Raise3D Industrial PPA GF 以及Raise3D Industrial PPA Support。这三款材料与Raise3D E2CF高度兼容，适用于工业制造领域，如轻量化成品零件的制造等。

3D打印Industrial系列材料

© 复志

Raise3D Industrial PPA CF是一种基于高性能（高温）尼龙的碳纤维增强复合材料，由于PPA本身相比于其他常见尼龙材料具有更高的机械性能且较低的吸湿能力，加之碳纤维（15 wt%) 以短纤维的形式加强了本体材料的刚性、强度、耐磨，抗蠕变以及耐温和ng耐化性。PPA CF非常适合工业领域的成品级零件，例如汽车，航天和电子等领域。

Raise3D Industrial PPA GF是一种高性能（高温）尼龙的玻璃纤维增强复合材料。与其他常见聚酰胺材料相比，PPA具有更高熔点、玻璃转化温度、更优秀的尺寸稳定性以及更低的吸湿性能。而玻璃短纤维的加入增强了PPA基体的性能，使得PPA GF更加适用于需要高强度低吸湿的极度环境，如航天航空，车辆工程，电子电气等。

Raise3D Industrial PPA Support是一款专为打印高性能（高温）尼龙而设计的支撑。在打印过程中容易发生翘使用该支撑可以提供适当的粘结性，降低翘曲的趋势。除此之外，在打印复杂结构，包括悬垂以及空腔的结构时，PPA Support可以很好的保证结构的完整性以及内表面的光洁度。打印结束后，可以轻松剥离，相比于水溶性支撑更加的具有性价比。

Polymaker的PolyLite™ PLA Pro高刚高韧新一代高性能PLA

PolyLite™ PLA Pro是Polymaker首款集合了高刚性和高韧性特点的高性能PLA，这款PLA在拥有工程性质机械性能的同时安全环保，易于打印。

© Polymaker

高刚高韧 优秀抗冲 PolyLite™ PLA Pro在原有高刚性基础上升级配方使韧性大幅提升。根据样条测试结果，PolyLite™ PLA Pro的弯曲模量和简支梁冲击强度均大幅度高于市面上的增韧PLA。

欧瑞康 AM 推出具有双相显微结构的高熵合金粉末

3D打印高熵合金粉末

© 欧瑞康

欧瑞康增材制造开发了一种新型高熵合金，这种合金旨在替代超级双相不锈钢（Super Duplex Stainless Steel），并且具有相当的强度和耐腐蚀性能。可通过3D打印制造结构部件（如离心泵的叶轮）。开发这种合金是欧洲高熵合金研究计划（NADEA）项目的一部分。由双相不锈钢制成的部件需要经过复杂的加工，如热处理，以避免在微观结构中生成不需要的相。此外，它们在高温下容易脆化。

这种新型高熵合金非常适合作为双相不锈钢的替代品，它不仅有良好的耐腐蚀性，还拥有卓越的强度，不易因高温操作而发生变化，只需要经过一步热处理。同时使用这种新型合金进行3D打印制造零件时，即使没有进行底板预热，也可以通过粉末床融合3D打印工艺（PBF）实现无裂纹。高熵合金（HEAs）或多主元素合金（mpea）由于其成分，相组成，具有广泛的化学成分和相体，许多高熵合金被设计成具有各种优异性能的合金，如高断裂韧性，耐腐蚀性，力学性能，辐射稳定性，耐磨性，耐高温性能等等。

Desktop Metal推出D2工具钢

Desktop Metal已将D2工具钢用于快速金属增材制造。D2工具钢是一种用途广泛的高碳、高铬空气硬化工具钢，特点是热处理后具有高硬度和抗压强度。这种工具钢在硬化条件下还具有极高的耐磨性、尺寸稳定性和耐腐蚀性。DesktopMetal强调了材料在重工业应用中的可用性，展示了用D2工具钢制造的石油和天然气或化学加工中使用的凸轮（将机器中的旋转运动转换为往复直线运动）。

材料将释放3D打印产业化空间，根据3D科学谷的了解，Desktop Metal的生产系统材料库除IN625外，还包括17-4PH不锈钢、316L不锈钢、4140低合金钢，均已通过Desktop Metal认证。该平台还支持多种客户合格材料，包括银和金，此外，Desktop Metal 还在其材料组合中添加更多金属，包括工具钢、不锈钢、高温合金、铜等。

粘结剂喷射3D打印材料

© 3D科学谷白皮书

知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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