3D打印材料發(fā)展史

    3D打印技術(shù)的興起和發(fā)展，離不開3D打印材料的發(fā)展。正如前面所述，3D打印有多種技術(shù)種類，如SLS、SLA和FDM等等，每種打印技術(shù)的打印材料都是不一樣的，比如SLS常用的打印材料是金屬粉末，而SLA通常用光敏樹脂，F(xiàn)DM采用的材料比較廣泛如ABS塑料、PLA塑料等等。

當然，不同的打印材料是針對不同的應(yīng)用的，目前3D打印材料還在豐富中，材料的豐富和發(fā)展也是3D技術(shù)能夠普及、能夠帶來所謂“第三次工業(yè)革命”的關(guān)鍵。

3D打印行業(yè)是一個集產(chǎn)品銷售、材料銷售和服務(wù)銷售一體的行業(yè)，本身的商業(yè)模式具有可持續(xù)的特征，這就意味著用戶在購買3D打印機之后，還需要持續(xù)購買打印材料，這一點和打印機市場非常相似。目前，用戶購買了3D打印機之后，只能在同一個廠商購買材料。雖然現(xiàn)在這個束縛已經(jīng)逐漸消除，尤其在消費級3D打印機領(lǐng)域，F(xiàn)DM的材料基本標準化了，但是在工業(yè)級3D打印機領(lǐng)域打印耗材和廠商還是強關(guān)聯(lián)的。

根據(jù)業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的廠商的報告，目前3D打印的材料已經(jīng)超過了200種。從直接數(shù)字制造（DDM）角度來看，200多種材料還是非常有限的，因為現(xiàn)實中產(chǎn)品非常多，生產(chǎn)材料以及其組合也是紛繁復(fù)雜的。這些材料我們不可能一一解讀，但是把這些材料歸類之后，也不外乎石化產(chǎn)品類、生物類產(chǎn)品、金屬類產(chǎn)品、甚至是石灰混凝土產(chǎn)品這樣幾大類，我們在這里和3D打印的應(yīng)用介紹一樣，進行歸類介紹。具體的名詞和材料特性不是重點，重點介紹這些材料在3D打印的特點和應(yīng)用。

  ABS 塑料類
ABS可以說是FDM最常用的打印材料，目前有多種顏色可以選擇，是消費級3D打印機用戶最喜愛的打印材料，比如打印“樂高”類型的很多玩具，制作很多創(chuàng)意家居飾件等。ABS材料通常是細絲盤裝，通過3D打印噴嘴加熱熔解打印。由于噴嘴噴出之后需要立即凝固，噴嘴加熱的溫度控制在ABS材料熱熔點高出1°C到2°C，不同的ABS由于熔點不同，對于不能調(diào)節(jié)溫度的噴嘴，是不能通配的。這也是為什么最好在原廠商購買打印材料的原因。
     PLA塑料類
PLA塑料熔絲可以說是另外一個非常常用的打印材料，尤其是對于消費級3D打印機來說， PLA可以降解，是一種環(huán)保的材料。PLA一般情況下不需要加熱床，這一點不像ABS，所以PLA容易使用，而且更加適合低端的3D打印機。PLA有多重顏色可以選擇而且還有半透明的紅、蘭、綠以及全透明的材料。和ABS同樣的原因，PLA的通用性也有待提高。
    亞力克 Acrylic類材料
亞力克（有機玻璃）材料表面光潔度好，可以打印出透明和半透明的產(chǎn)品，目前利用亞力克材質(zhì)，可以打出牙齒模型用于牙齒矯正的治療
    尼龍鋁粉材料（Alumide）
這種材料在尼龍的粉末中參雜了鋁粉，利用SLS技術(shù)進行打印，其成品就有金屬光澤，經(jīng)常用于裝飾品和首飾的創(chuàng)意產(chǎn)品的打印中
      陶瓷——Ceramic
陶瓷粉末采用SLS進行燒結(jié)，上釉陶瓷產(chǎn)品可以用來盛食物，很多人用陶瓷來打印個性化的杯子，當然3D打印并不能完成陶瓷的高溫燒制，這道手續(xù)現(xiàn)在需要在打印完成之后進行高溫燒制。
        樹脂——Resin
樹脂是SLA——Stereolithography光固化成型的重要原料，其變化種類很多，有透明的、半固體狀的，可以制作中間設(shè)計過程模型，由于其成型精度比FDM高，可以作為生物模型或醫(yī)用模型。
       玻璃——Glass
真正的玻璃目前正在試驗當中，玻璃粉末采用SLS技術(shù)進行打印，玻璃材質(zhì)的變化種類就像樹脂和聚丙乙烯一樣多。



  不銹鋼——Stainless Steel
不銹鋼堅硬，而且有很強的牢固度。不銹鋼粉末采用SLS技術(shù)進行3D燒結(jié)，可以選用銀色、古銅色以及白色的顏色。不銹鋼可以制作模型、現(xiàn)代藝術(shù)品以及很多功能性和裝飾性的用品。
       其他金屬——銀、金和鈦金屬
這些金屬材料都是采用SLS的粉末燒結(jié)，金銀可以打印飾品，而鈦金屬是高端3D打印機經(jīng)常用的材料，用來打印航空飛行器上的構(gòu)件。

       彩色打印和其他材質(zhì)
彩色打印有兩種情況，一種是兩種或多種顏色的相同或不同的材料從各自的噴嘴中擠出，最常用的是消費級的FDM 雙噴嘴的打印機，通過兩種或多種材料的組合來形成有限的色彩組合。另外一種是采用噴墨打印機的原理，通過不同的染色劑的組合，和粘黏劑混合注入打印材料粉末中進行凝固，理論上這種技術(shù)可以打印出“真彩”的3D物品。打印材料通常選擇為樹脂、聚丙乙烯或ABS�！叭�彩”打印技術(shù)最成熟的是3D system公司，其次是以色列的Objet公司（已經(jīng)與美國Stratasys公司合拼）
       其他的打印材質(zhì)包括了水泥、巖石、紙張、甚至是鹽，目前都是少量的研究應(yīng)用。比如用混凝土來打印房子，目前荷蘭有公司已經(jīng)開始進行研制了，初步實驗可以打印出來小的模型或預(yù)制件，也有人研究用木板或者紙張來打印家具，尤其是紙張可以利用回收的報紙，是很有前景的。
         我們已經(jīng)大致介紹了目前3D打印常用、能夠使用的材料，3D打印的材料還在不斷的發(fā)展，比如以色列Objet公司生產(chǎn)消費級和工業(yè)級的多款打印機，但是Objet公司更加重視在打印材料上面的研發(fā)，每年針對不同的行業(yè)推出相應(yīng)的打印材料，比如醫(yī)學(xué)使用的材料。另外我們應(yīng)該認識到的是3D打印材料均是新開發(fā)和定制的，專用于3D打印的，不論是FDM還是SLA或SLS技術(shù)，其對材料的要求都很高，而且現(xiàn)在3D打印的材料價格還是比較貴的。材料的通用性是有待解決的問題，Objet每年推出好幾款新材料，但是都只能應(yīng)用在Objet自產(chǎn)的打印機上面，材料通用性目前在消費級打印機上面有所突破，但是工業(yè)級以及高端打印機的材料還是專屬的。