3D打印尼龍PA12材質(zhì)介紹

魔猴君  知識堂   377天前

尼龍（又稱聚酰胺或PA）是一種彈性和堅固的材料，大多數(shù)人幾乎每天都會接觸到它。它用于運動服裝，因為它能使紡織品更加結(jié)實。它用于行李輪，因為它耐磨。它是汽車的進(jìn)氣歧管和電子產(chǎn)品的外殼，因為它耐用、輕便、耐熱。尼龍PA12甚至還具有生物相容性，因此您會發(fā)現(xiàn)它被用于骨科產(chǎn)品，如3D打印石膏和支架。

尼龍已被制造商們使用了近一個世紀(jì)，它已成為3D打印技術(shù)中最熟悉、最可靠的選擇，也是增材制造中最常用的塑料，尤其是在公斤銷售量方面。

尼龍熔點低，易于加工，但在3D打印中卻能產(chǎn)生令人印象深刻的機(jī)械性能。這種材料耐化學(xué)腐蝕、尺寸穩(wěn)定、不易產(chǎn)生應(yīng)力開裂，因此在功能原型、夾具、備件、汽車零件、運動器材等最終使用部件中有著廣泛的應(yīng)用。

在本指南中，魔猴網(wǎng)將重點介紹尼龍變體PA12（相對于PA11或PA6），以及如何和為什么要使用其粉末狀3D打印（作為長絲使用的情況要少得多）。但首先，讓我們來看看PA12的材料特性。

什么是PA12尼龍？

由3D Systems的PA12材料制成的零件，稱為DuraForm（來源：3D Systems）

PA12是Polyamide 12的縮寫，是一種熱塑性聚合物，屬于聚酰胺或尼龍家族。它是12-氨基十二烷酸或月桂內(nèi)酰胺分子的聚合。聚合是小分子（稱為單體）連接形成更大、更復(fù)雜結(jié)構(gòu)（稱為聚合物）的化學(xué)過程。

擁有12個分子并不一定會使PA12比PA11或PA6（3D打印中另外兩種常見的尼龍）更強(qiáng)，但它確實賦予了PA12一些不同的特性。一般來說，PA6通常因其高強(qiáng)度和剛度而被選用，而PA11則因其柔韌性和耐化學(xué)性而被選用。PA12的特性通常介于兩者之間，兼顧強(qiáng)度、韌性和耐化學(xué)性，是最受歡迎的尼龍。

PA12特性：

強(qiáng)度、韌性和抗沖擊性

耐磨

耐化學(xué)腐蝕

熱穩(wěn)定性

尺寸穩(wěn)定性

生物相容性

并非所有PA12都相同

盡管PA12指的是一種特定類型的聚合物，但其配方和性能卻有很多不同。不同品牌的PA12可能采用不同的制造工藝，從而影響材料的性能（提示：一分錢一分貨）。材料制造商還會添加各種添加劑，以滿足特定的性能要求，而且他們的PA12通常都有專有配方。

事實上，你會發(fā)現(xiàn)有些材料制造商和供應(yīng)商并不將他們的尼龍標(biāo)明為PA12（或PA6或PA11），而是將其命名為專有名稱。例如，DuraForm ProX PA和ProX HST都是由3D Systems公司開發(fā)的PA12材料，用于其選擇性激光燒結(jié)3D打印技術(shù)。ProX PA是一種食品級尼龍，而ProX HST則是該公司推薦用于高溫應(yīng)用的材料。

PA12的添加劑通?？梢蕴岣呖棺贤饩€或耐熱性、阻燃性和打印性能。此外，PA12還具有增強(qiáng)功能，如添加碳纖維或玻璃纖維，以提高強(qiáng)度、剛度或尺寸穩(wěn)定性等機(jī)械性能。

使用Sinterit的粉末和打印機(jī)打印PA12零件（來源：Sinterit）

典型的PA12具有以下一般特性：

極限拉伸強(qiáng)度最小/最大(MPa)：43/50

拉伸模量最小/最大(MPa)：1550/1850

斷裂伸長率最小/最大(%)：15/25

彎曲模量最小值/最大值：1510/1600

部件密度（g/cm 3）：0.9

PA12尼龍有哪些顏色？

PA12通常為灰色或黑色，白色，這是添加顏色的最佳選擇。這種材料很容易在后處理中著色，通常使用DyeMansion的著色機(jī)，但您也可以簡單地涂上油漆。

PA12打印出現(xiàn)的問題

SLS打印中的一個問題稱為“橘皮”，這是一種表面光潔度打印偽影，其中光滑平坦的表面看起來粗糙且凹凸不平，通常與層對齊。當(dāng)您要打印的層的邊緣在燒結(jié)區(qū)域和未燒結(jié)區(qū)域之間經(jīng)歷熱梯度并且它們往往會收縮時，就會發(fā)生這種情況。在許多層上，這會導(dǎo)致凹凸不平的偽影。

這通常可以通過在床上更好的熱管理或不使用構(gòu)建區(qū)域的整個體積，而是在中間打印更多來解決。

當(dāng)某些層未完全燒結(jié)到先前的層時，分層是一種打印失敗。這可能是激光的問題。更換或有時只是清潔光學(xué)元件會有所幫助。骯臟的光學(xué)器件還可能導(dǎo)致零件強(qiáng)度不如預(yù)期。

翹曲，或者當(dāng)零件偏離模型尺寸時，是熱管理的另一個癥狀。當(dāng)構(gòu)建室不允許正常冷卻或在構(gòu)建室仍熱時拆開部件包裝時，可能會發(fā)生這種情況。當(dāng)打印過程中加熱不足時，也可能會發(fā)生這種情況，或者您的設(shè)計可能具有可變的壁厚或整體太細(xì)長。

當(dāng)某些零件的幾何形狀導(dǎo)致冷卻不均勻時，例如內(nèi)部夾有粉末的大型零件，可能會出現(xiàn)表面凹坑、凹痕或不規(guī)則現(xiàn)象。這也可能是打印床溫度過高的癥狀。

后處理和表面精加工PA12

PA12零件使用DyeMansion的機(jī)器染色（來源：DyeMansion）

PA12零件經(jīng)過3D打印和冷卻后，就可以從粉末床中取出了。這可以通過手工或機(jī)器完成。未使用的粉末會被吸走、篩選、按所需比例與新鮮粉末重新混合，然后裝回機(jī)器或儲存起來。然后使用刷子、空氣噴射器或滾揉機(jī)清理部件上多余的粉末。

SLS零件清潔站用于在零件從粉末床上取出后安全地清除零件上多余的PA12粉末。左邊是Sintratec，右邊是Formlabs的新型Fuse Blast。

PA12可以滿足哪些表面光潔度？

PA12從打印機(jī)中出來時具有粗糙的表面，這可能適合您的應(yīng)用。如果不是，您還有其他選擇，其中一些可能需要額外的設(shè)備。

打磨和平滑：打磨PA12零件的表面可以幫助去除層線并形成更平滑的表面。打磨可以手動或使用工具完成。

噴漆和涂層：PA12部件可以噴漆或涂層以添加顏色、提高美觀度并提供額外的保護(hù)。各種油漆和涂料，包括底漆和透明涂料，都與PA12兼容。

染色：通常對白色或淺灰色PA12進(jìn)行染色，以便定制零件的顏色?？梢允褂眠m合聚酰胺材料的特定染料進(jìn)行染色。

蒸氣平滑：蒸氣平滑涉及將PA12部件暴露于蒸發(fā)溶劑中，這有助于熔化印刷品的外層，減少層線并形成更平滑的表面光潔度。這可以大批量完成。

PA12易于噴漆（來自Weerg），當(dāng)蒸汽光滑時（來自增材制造技術(shù)），灰色部件呈現(xiàn)出光滑的黑色表面。

熱處理：可以對PA12零件進(jìn)行熱處理以提高其機(jī)械性能。這可能涉及將部件暴露在高溫下一段受控的時間。

插入物和嵌入：金屬插入物（例如螺紋、磁鐵或其他組件）可以在打印期間或打印后嵌入或插入到3D打印的PA12零件中，以添加功能或裝配特征。

超聲波焊接：為了連接多個PA12零件或組件，可以使用超聲波焊接。該方法通過使用高頻振動在零件之間建立牢固的結(jié)合。

電鍍：在某些情況下，PA12零件可以經(jīng)過電鍍工藝來涂上一層薄金屬涂層，從而增強(qiáng)其導(dǎo)電性、外觀或耐腐蝕性。

緞面拋光：可采用機(jī)械或化學(xué)拋光方法來提高PA12零件的表面光潔度，降低粗糙度，提高清晰度。

編譯整理：ALL3DP