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3D打印尼龍PA12材質(zhì)介紹

魔猴君  知識堂   323天前

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尼龍(又稱聚酰胺或PA)是一種彈性和堅(jiān)固的材料,大多數(shù)人幾乎每天都會接觸到它。它用于運(yùn)動服裝,因?yàn)樗苁辜徔椘犯咏Y(jié)實(shí)。它用于行李輪,因?yàn)樗湍ァK瞧嚨倪M(jìn)氣歧管和電子產(chǎn)品的外殼,因?yàn)樗陀?、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(diǎn)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(yùn)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(diǎn)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?。ㄗ鳛殚L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?


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(shí)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(shí)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(shí),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??梢酝ㄟ^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(shí),分層是一種打印失敗。這可能是激光的問題。更換或有時(shí)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(shí),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(shí)拆開部件包裝時(shí),可能會發(fā)生這種情況。當(dāng)打印過程中加熱不足時(shí),也可能會發(fā)生這種情況,或者您的設(shè)計(jì)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(shí),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(shí)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(shí)(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(shí)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

   

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